Az első igazi kvantumvizsgálat születése
Az áttörést egy kísérleti teszt jelentette, amely képes igazolni, hogy a számítási folyamat kizárólag kvantummechanikával érhető el. A kutatók egy 73 qubitos, méhsejt-struktúrájú kvantumszámítógépet hoztak létre, amelyet egy variációs kvantumos áramkörrel (VQC) tanítottak be – ez egy gépi tanulási módszer, amelynél egy hagyományos számítógép iteratívan segít finomítani a kvantumgépet. A cél most az volt, hogy a rendszer olyan alacsony energiaállapotot érjen el, amely klasszikus fizikával lehetetlen, és ezt sikerült is bizonyítani.
Miért teljesen más a kvantumszámítógép?
Lényeges szempont, hogy míg a hagyományos gépek biteket (0 vagy 1) használnak, a kvantumszámítógépek qubitjei egyszerre lehetnek több állapotban – szuperpozícióban –, és a kvantum-összefonódás révén párhuzamosan, elképesztően sokféle számítást végezhetnek. Ha két qubit összefonódik, egyikük állapotának mérése a másikra is azonnali hatással van, akár a világ másik végén lenne – ezt nevezte Einstein kísérteties távolbahatásnak (spooky action at a distance).
Ez a kvantumos összefonódás elképzelhetetlen lehetőségeket hoz: az elméleti számítási tér exponenciálisan nő. Egy bizonyos rendszerméret elérésekor a kvantumszámítógép számításait a klasszikus számítógépek már képtelenek leutánozni vagy igazolni – ezt nevezzük kvantumelőnynek.
Einstein és a Bell-teszt: eldőlt a vita
Mégis, hogyan lehet bizonyítani, hogy nem csak ügyes trükkök vagy bonyolult szimulációk zajlanak? Ezt eddig a Bell-teszt segítségével lehetett megtenni – ahol két összefonódott részecske viselkedését ténylegesen összevetve lehet kizárni a klasszikus magyarázatot. Ha a mérési eredmények összefüggései meghaladják a Bell-egyenlőséget, kvantumhatás lép fel.
A mostani tanulmányban a tudósok ezt a híres elvet egy teljes kvantumszámítógépre alkalmazták. Fontos szempont, hogy a mért energiaállapot nem csupán nulla lehet (mint a klasszikus fizikában egy lejtőn megálló golyónál), hanem akár negatív is – ez csak összefonódás révén, kvantummechanikával lehetséges.
Kvantumhatás igazolva a gyakorlatban
A kísérlet során mért energiaszint 48 szórásnyival alacsonyabb volt annál, mint amit bármely klasszikus rendszer elérhetne, így kizárva minden félreértést és trükközési lehetőséget. A kutatók egyszerre 24 qubitnyi összefonódást is igazolni tudtak a rendszerben – ilyen magas szinten ez eddig példátlan volt.
Ennek alapján megállapítható, hogy az új módszerrel ténylegesen igazolható az egyedi kvantummechanikai működés. Ez a megközelítés előkészítheti a terepet a következő generációs kvantumszámítógépekhez, illetve segíthet megérteni, hogyan válnak a kvantumállapotok idővel klasszikusakká.
