19 июл 2023 56

Исследователи установили критерий нелокального квантового поведения в сетях

Новое теоретическое исследование обеспечивает основу для понимания нелокальности — функции, которой должны обладать квантовые сети для выполнения операций, недоступных для стандартных коммуникационных технологий. Уточнив концепцию, исследователи определили условия, необходимые для создания систем с сильными квантовыми корреляциями.

Исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, адаптирует методы теории квантовых вычислений для создания новой схемы классификации квантовой нелокальности. Это не только позволило исследователям объединить предыдущие исследования концепции в общую структуру, но и облегчило доказательство того, что объединенные в сеть квантовые системы могут демонстрировать нелокальность только в том случае, если они обладают определенным набором квантовых характеристик.

На первый взгляд, квантовые вычисления и нелокальность в квантовых сетях — разные вещи, но наше исследование показывает, что в определенном смысле они являются двумя сторонами одной медали. В частности, им требуется тот же фундаментальный набор квантовых операций для создания эффектов, которые невозможно воспроизвести с помощью классической технологии

— Эрик Читамбар, профессор электротехники и вычислительной техники в университете. Иллинойс Урбана-Шампейн и руководитель проекта.

Нелокальность является следствием запутанности, при которой квантовые объекты испытывают сильные связи, даже если они разделены огромными физическими расстояниями. Когда запутанные объекты используются для выполнения квантовых операций, результаты показывают статистические корреляции, которые нельзя объяснить неквантовыми методами. Такие корреляции называются нелокальными. Квантовая сеть должна обладать определенной степенью нелокальности, чтобы гарантировать, что она может выполнять действительно квантовые функции, но это явление все еще плохо изучено.

Запутанные квантовые объекты можно использовать для систем, разделенных сетью. Исследователи демонстрируют, что необходимо для нелокальных корреляций, что является требованием для полезной квантовой сети.

Чтобы облегчить изучение нелокальности, Читамбар и аспирантка-физик Аманда Гатто Ламас применили подход формализма теории квантовых ресурсов. Рассматривая нелокальность как «ресурс» для управления, исследователи смогли рассматривать прошлые исследования нелокальности как отдельные примеры одной и той же концепции, только с разными ограничениями на доступность ресурса. Это облегчило доказательство их основного вывода о том, что нелокальность может быть достигнута только при ограниченным набором квантовых операций.

В то время как Готтсман-Нилл четко определяет, что должен делать квантовый компьютер, чтобы превзойти классический, мы показываем, что квантовая сеть должна быть построена с определенным набором операций, чтобы делать то, что стандартная коммуникационная сеть не может

— Гатто Ламас.

Читамбар считает, что эта структура будет полезна не только для разработки критериев оценки качества квантовой сети на основе степени нелокальности, которой она обладает, но и может быть использована для расширения концепции нелокальности.