Ученые раскрывают код квантовой запутанности, что ведет к прорыву в технологиях

Ученые совершили значительный прорыв в понимании квантовой запутанности, полностью расшифровав статистические данные, которые она может производить, по сути, декодировав язык квантового мира. Это открытие показывает, как странные, но мощные корреляции в квантовых системах могут использоваться для тестирования, защиты и сертификации поведения квантовых устройств, и все это без знания их внутреннего устройства.

Впервые физики-теоретики из Института теоретической физики (IPhT) в Париж-Сакле полностью определили диапазон статистических результатов, которые могут возникать в системах, использующих квантовую запутанность. Это открытие закладывает основу для всесторонних и надежных методов тестирования квантовых устройств. Квантовая запутанность стимулирует новую волну инноваций, часто называемую второй квантовой революцией, приближая к реальности такие технологии, как квантовая связь и квантовые вычисления.

Квантовые корреляции обладают замечательными характеристиками, в частности, способностью проходить тест Белла. Когда это происходит, результаты квантового эксперимента являются «нелокальными» в том смысле, что их нельзя объяснить с помощью моделей локальных скрытых переменных, которые отражают наше интуитивное понимание корреляций. Экспериментальная демонстрация этого поразительного свойства была отмечена Нобелевской премией по физике, присужденной в 2022 году Алену Аспе, Джону Ф. Клаузеру и Антону Цайлингеру.

Самотестирование играет решающую роль в не зависящих от устройств протоколах квантовой информации. Поскольку эти протоколы не основаны на каких-либо предположениях относительно надлежащего функционирования источника и измерительной аппаратуры, они предлагают беспрецедентную надежность. Физики-теоретики IPhT Виктор Баризьен и Жан-Даниэль Банкаль продемонстрировали, что можно точно и полностью описать статистику, полученную при измерении частично запутанных объектов.

Полное знание квантовой статистики, достигаемой при квантовой запутанности, имеет далеко идущие последствия. С одной стороны, оно определяет границы самой квантовой теории. С другой стороны, оно предлагает исключительно эффективные процедуры тестирования, применимые ко всем типам запутанных объектов и измерений, и, следовательно, ко многим различным типам систем, сообщает Nature Physics.