Квантовият свят е известен със своята странност — една-единствена частица може да бъде на две места едновременно, свойствата ѝ остават неопределени, докато не бъдат измерени, а самият акт на измерване променя всичко. Но според ново изследване, публикувано във Physical Review Letters, квантовият свят е дори по-странен, отколкото се смяташе.
Това, което се случва на квантово ниво, е в рязък контраст с класическия свят (този, който наблюдаваме всеки ден), където обектите имат определени свойства независимо дали ги гледаме, а наблюдението не променя естеството им. За да проверят дали дадена система се държи класически, учените използват математически тест, наречен неравенството на Легет–Гарг (LGI). Класическите системи винаги спазват границата, зададена от LGI, докато квантовите я нарушават — доказвайки своя некласически характер.
Преминаване отвъд квантов лимит
Но дори квантовите системи имат предел на това нарушение — т.нар. временна граница на Цирелсон (TTB). В това изследване учените искали да проверят дали могат да надхвърлят TTB и да открият още по-екстремни форми на квантова странност.
Ариджит Чатърджи от Индийския институт за наука, образование и изследвания и неговите колеги теоретизирали, че нов вид квантово движение, при което частицата следва две различни инструкции за движение едновременно, може да е достатъчно мощен, за да наруши TTB. Те нарекли този ефект „суперпозиция на унитарности“ (superposition of unitaries).
Екипът тествал идеята си с машина за ЯМР (ядрено-магнитен резонанс), която им позволила да контролират кубит — елементарната единица на квантовата информация. В този експеримент кубитът бил въглероден ядрен спин в молекула. Изследователите проектирали прецизна квантова схема с помощта на „спомагателна“ частица (анциларен кубит), за да накарат кубита да следва две инструкции едновременно. По-конкретно те комбинирали два различни вида магнитни ротации върху кубита.
Резултати и приложения
Когато системата еволюирала под действието на това ново комбинирано движение, промените били незабавни и драматични. Учените измерили нарушението на LGI и установили, че то е надхвърлило границата TTB — потвърждение за нова степен на квантова странност.
Освен това те открили, че силата на нарушението на LGI нараства постепенно с увеличаването на смесването между двете движения.
„Това засилено немакрореализъм, оценено чрез нарушението на LGI отвъд TTB, се увеличава с нарастването на суперпозицията между унитарните операции“, отбелязват учените в своята статия.
„Освен това суперпозираната динамика осигурява защита срещу факторите на околната среда, които обикновено разрушават крехките квантови състояния. Нашите суперпонирани унитарности осигуряват устойчивост срещу такъв шум, като забележително удължават времето, през което нарушението на LGI се запазва.“
Този шум от околната среда, или декохерентност, е един от най-големите проблеми при създаването на квантови компютри. Преодолявайки го, това изследване може да помогне за създаването на план за по-стабилни квантови компютри и технологии.
Източник: Phys.org
