Pouvez-vous prouver si un grand système quantique se comporte vraiment en fonction des règles étranges et merveilleuses de la mécanique quantique – ou si cela semble simplement? Dans une nouvelle étude, les physiciens de Leiden, de Pékin et de Hangzhou ont trouvé la réponse à cette question.
Vous pourriez l'appeler un « détecteur de mensonge quantique »: le test de Bell conçu par le célèbre physicien John Bell. Ce test montre si une machine, comme un ordinateur quantique, utilise vraiment des effets quantiques ou les imite simplement.
À mesure que les technologies quantiques deviennent plus matures, des tests de quantumness encore plus stricts deviennent nécessaires. Dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont fait passer les choses au niveau supérieur, testant des corrélations de cloche dans des systèmes avec jusqu'à 73 qubits – les éléments de base d'un ordinateur quantique.
L'étude a impliqué une équipe mondiale: les physiciens théoriques Jordi Tura, Patrick Emonts, Ph.D. Le candidat Mengyao Hu de l'Université de Leiden, ainsi que des collègues de l'Université Tsinghua (Pékin) et des physiciens expérimentaux de l'Université de Zhejiang (Hangzhou). L'œuvre est publiée dans la revue Revue physique x.
Le monde de la physique quantique
La mécanique quantique est la science qui explique comment les plus petites particules de l'univers – comme les atomes et les électrons – se comportent. C'est un monde plein d'idées étranges et contre-intuitives.
L'un d'eux est la non-localité quantique, où les particules semblent s'affecter instantanément, même loin d'être éloignées. Bien que cela semble étrange, c'est un réel effet, et il a remporté le prix Nobel de physique en 2022. Cette recherche est axée sur la prouvance de la survenue d'une corrélation non locale, également appelée corrélations Bell.
Expérimentation intelligente
C'était un plan extrêmement ambitieux, mais la stratégie bien optimisée de l'équipe a fait toute la différence. Au lieu d'essayer de mesurer directement les corrélations de cloche complexes, ils se sont concentrés sur quelque chose que les appareils quantiques sont déjà bons: minimisant l'énergie.
Et ça a payé. L'équipe a créé un état quantique spécial en utilisant 73 Qubits dans un processeur quantique supraconducteur et mesuré les énergies bien en dessous de ce qui serait possible dans un système classique. La différence était frappante – 48 écarts-types – ce qui rend presque impossible que le résultat soit dû au hasard.
Mais l'équipe ne s'est pas arrêtée là. Ils ont continué à certifier un type de non-localité rare et plus exigeant – connu comme de véritables corrélations de cloche multipartite. Dans ce type de corrélation quantique, tous les qubits du système doivent être impliqués, ce qui rend beaucoup plus difficile à générer – et même plus difficile à vérifier. Remarquablement, les chercheurs ont réussi à préparer toute une série d'états de faible énergie qui ont passé ce test jusqu'à 24 qubits, confirmant efficacement ces corrélations spéciales.
Ce résultat montre que les ordinateurs quantiques ne se contentent pas de devenir plus gros – ils deviennent également meilleurs pour afficher et prouver un comportement vraiment quantique.
Cette étude prouve qu'il est possible de certifier un comportement quantique profond dans de grands systèmes complexes – quelque chose n'a jamais fait à cette échelle auparavant. C'est un grand pas pour s'assurer que les ordinateurs quantiques sont vraiment quantiques.
Ces idées sont plus que théoriques. La compréhension et le contrôle des corrélations des cloches pourraient améliorer la communication quantique, rendre la cryptographie plus sécurisée et aider à développer de nouveaux algorithmes quantiques.
