Квантовая механика представляет множество загадочных аспектов, однако, возможно, ничто не так странно, как роль измерения в этой теории. Измерение, как правило, нарушает квантовые характеристики системы, и поэтому оно считается мистическим звеном, связывающим мир классической и квантовой физики.
Особенно интересным становится влияние измерений в случае обширных собраний квантовых битов, называемых "кубитами". Измерения могут привести к различным и даже к появлению новых фаз квантовой информации в таких системах. Это происходит, когда два конфликтующих фактора достигают своего пика: взаимодействие и измерение. Когда кубиты взаимодействуют, информация в системе становится нелокальной и находится в "запутанном состоянии".
Но как только вы производите измерение, запутанность рушится. Эта борьба между измерениями и взаимодействиями создает две различные фазы: одну, где доминируют взаимодействия и запутанность распространена, и другую, где доминируют измерения, и запутанность сдерживается. В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, исследователи из Google Quantum AI и Стэнфордского университета исследовали пересечение этих двух режимов, известное как "фазовый переход, вызванный измерениями", в системе с до 70 кубитами.
Это на сегодняшний день самая крупная система, в которой изучались эффекты, вызванные измерениями. Кроме того, исследователи обнаружили новую форму "квантовой телепортации", происходящей из-за этих измерений. Эти результаты могут вдохновить на разработку новых методов, полезных для квантовых вычислений.
Запутанность в сети кубитов может быть представлена как сложная паутина взаимосвязей. Когда мы производим измерение в запутанной системе, его воздействие зависит от интенсивности измерения — оно либо полностью разрушает паутину, либо лишь частично обрывает нити, оставляя другие нетронутыми. Визуализация этой паутины запутанности остается сложной задачей, и исследователи могут выявить ее только через статистические корреляции между результатами измерений кубитов.
Для понимания структуры паутины потребовалось множество экспериментов. Исследователи применили изменения в порядке операций и новый метод измерения характеристик сети с помощью "зондового" кубита, что позволило собрать больше данных о паутине запутанности.
Интересным результатом стала зависимость чувствительности зонда к окружающему шуму от характера сети запутанности. Пересечение двух различных режимов в эксперименте позволило увидеть фазовый переход, вызванный измерениями.
Исследователи также продемонстрировали новую форму квантовой телепортации, возникающей при измерениях. Это открывает перспективы для создания более устойчивых квантовых вычислений и исследования роли измерений в физических явлениях.
