Home science Qubits는 30미터를 사용하여 아인슈타인이 양자에 대해 틀렸다는 것을 확인합니다.

Qubits는 30미터를 사용하여 아인슈타인이 양자에 대해 틀렸다는 것을 확인합니다.

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Qubits는 30미터를 사용하여 아인슈타인이 양자에 대해 틀렸다는 것을 확인합니다.
확대 / 양자 네트워크는 이더넷보다 약간 큽니다.

새로운 실험은 초전도 큐비트를 사용하여 양자 역학이 분리 정도에 관계없이 두 물체가 하나의 양자 시스템처럼 행동하도록 허용함으로써 소위 국부적 현실주의를 위반한다는 것을 증명합니다. 이 실험은 로컬 리얼리즘이 우주가 작동하는 방식이 아니라는 것을 보여주는 첫 번째 실험이 아닙니다. 큐비트를 사용하여 그렇게 하는 것은 이번이 처음이 아닙니다.

그러나 그들은 큐비트를 충분한 거리로 분리하여 측정하는 동안 빛이 큐비트 사이를 이동할 수 있을 만큼 빠르지 않도록 하는 최초의 회사입니다. 이것은 30미터 길이의 알루미늄 와이어를 몇 밀리켈빈으로 냉각함으로써 이루어졌습니다. 큐비트는 제어하기가 매우 쉽기 때문에 실험은 이러한 유형의 측정에 새로운 정밀도를 제공합니다. 그리고 하드웨어를 준비하는 것은 미래의 양자 컴퓨팅 노력에 필수적일 수 있습니다.

리얼리즘에 대해 현실화하기

알버트 아인슈타인은 양자 얽힘의 일부 결과에 대해 매우 불편해했습니다. 양자 역학이 맞다면 얽힌 한 쌍의 물체는 그들 사이의 거리에 관계없이 단일 양자 시스템으로 작동합니다. 하나의 상태를 변경하면 두 번째 개체의 상태가 즉시 변경되어야 합니다. 두 개체 사이를 이동하는 빛의 가능성보다 변경이 더 빠르게 발생하는 것처럼 보이기 때문입니다. 이것은 거의 확실히 잘못된 것이라고 아인슈타인은 주장했다.

수년에 걸쳐 사람들은 숨겨진 변수(물체 간에 공유되는 물리적 속성)의 다양한 버전을 제안하여 해당 동작을 지시하는 정보를 현지화한 상태로 유지하면서 얽힘과 같은 동작을 가능하게 합니다. 숨겨진 변수는 “국부적 사실주의”라고 불리는 것을 유지하지만 실제로 우리의 현실을 설명하지 않는 것으로 밝혀졌습니다.

물리학자 John Bell은 지역 변수에 대한 모든 프레임워크가 양자 객체의 동작이 관련될 수 있는 정도를 제한한다는 것을 보여주었습니다. 그러나 양자 역학은 상관 관계가 훨씬 더 높을 것으로 예상합니다. 얽힌 입자 쌍의 거동을 측정함으로써 벨의 방정식을 위반하는지 여부를 확인할 수 있으므로 숨겨진 변수가 해당 거동을 설명하지 못한다는 것을 명확하게 증명할 수 있습니다.

이 시연을 향한 초기 단계는 숨겨진 변수에 대해 좋지 않았지만 허점을 허용했습니다. Bell의 부등식은 위반되었지만 여전히 정보가 빛의 속도로 양자 객체 사이를 이동할 수 있습니다. 그러나 지난 수십 년 동안 허점은 점차 닫히고 노벨상이 수여되었습니다.

그렇다면 실험으로 돌아가는 이유는 무엇입니까? 부분적으로는 큐비트가 시스템에 대한 많은 제어권을 제공하여 많은 실험을 신속하게 실행하고 이 얽힘의 동작을 조사할 수 있기 때문입니다. 부분적으로는 흥미로운 기술적 도전을 제시하기 때문입니다. 초전도 큐비트는 극초단파 방사에 의해 제어되며 양자의 얽힘은 둘 사이에서 매우 낮은 에너지의 극초단파 광자를 이동시켜야 합니다. 그리고 모든 것을 망치는 환경 소음 없이 그렇게 하는 것은 심각한 도전입니다.

30미터에서의 무서운 액션

Bell의 부등식을 위반하는 것은 얽힌 입자를 반복적으로 측정하고 이들의 상태가 상관관계가 있음을 보여주는 비교적 간단한 문제입니다. 이 상관관계가 임계값을 초과하면 숨겨진 변수가 이 동작을 설명할 수 없음을 알 수 있습니다. 그리고 translats라고 하는 초전도 큐비트는 측정이 사소하고 정확하며 빠르도록 만들어집니다. 그래서 이 부분은 간단합니다.

이러한 측정에서 주요 격차 중 하나를 제거하는 것이 까다로워지는 부분입니다. 당신은 빛의 속도로 이동하는 정보에 의해 측정의 상관관계가 조정될 수 없음을 보여줄 필요가 있습니다. 측정에는 시간이 거의 필요하지 않기 때문에 빛이 큐비트 사이를 이동하기 전에 측정을 완료할 수 있도록 두 큐비트를 충분한 거리로 분리해야 합니다. 측정에 걸리는 시간을 기준으로 ETH Zürich에서 작업하는 새로운 연구 팀은 30미터면 충분할 것이라고 계산했습니다.

이것은 다른 연구실 건물의 복도 바로 아래에 있지만 환경 소음의 바다에서 쉽게 손실될 수 있는 저에너지 마이크로파 광자를 사용하는 얽힘 프로세스 때문에 30미터는 상당히 어렵습니다. 실질적으로 이것은 이러한 광자에 부착된 모든 것이 큐비트 자체와 동일한 밀리켈빈 온도를 유지해야 함을 의미합니다. 따라서 극초단파용 도파관 역할을 하는 30미터 길이의 알루미늄 와이어는 절대 영도보다 약간 높은 온도까지 냉각되어야 합니다.

실제로 이것은 각 끝에 큐비트가 포함된 액체 헬륨 냉각 시스템에 대한 전선의 접근을 냉각하도록 구축된 전체 어셈블리를 제공하고 30미터 튜브의 중심점에 별도의 냉각 시스템을 구축하는 것을 의미했습니다. 시스템은 또한 냉각되면서 모든 것이 기하급수적으로 수축하기 때문에 유연한 내부 연결과 외부 지원이 필요했습니다.

그러나 모든 것이 훌륭하게 해결되었습니다. 큐비트의 성능 덕분에 연구원들은 단 20분 만에 백만 개 이상의 개별 실험을 수행할 수 있습니다. 그 결과 상관관계는 놀라운 22 표준편차만큼 Bell의 방정식에 의해 설정된 한계를 넘어섰습니다. 즉, 결과의 p-값이 10 미만이었습니다.-108.

앞으로 올 것들?

시스템 성능을 제한하는 두 가지 주요 요인은 큐비트의 오류와 얽힘에 사용되는 광자의 손실입니다. 연구자들은 큐비트를 잠재적으로 벨 불평등에 대한 가장 엄격한 테스트로 만들면서 두 가지 모두를 개선할 수 있다고 생각합니다. 그러나 큐비트가 얽히는 방식 때문에 작업이 더 중요해질 수 있습니다.

초전도 큐비트로 작업하는 모든 사람들은 결국 수천 개의 큐비트를 단일 양자 컴퓨터로 결합해야 한다고 말합니다. 불행히도 이러한 각 큐비트는 칩에 많은 공간을 필요로 하므로 수백 개 이상의 큐비트로 칩을 만들기가 어렵습니다. 따라서 Google 및 IBM과 같은 주요 업체는 결국 여러 칩을 단일 컴퓨터에 연결할 계획입니다(스타트업 Rigetti가 이미 하고 있는 작업).

그러나 수만 비트의 경우 칩이 너무 많아 하나의 쿨러 비트에 모두 보관하기 어려울 것입니다. 이것은 우리가 궁극적으로 칩을 다른 냉각 시스템에 연결하기를 원한다는 것을 의미합니다. 정확히 여기에 표시된 것입니다. 따라서 이것은 실제로 이러한 유형의 시스템에서 큐비트를 연결할 수 있다는 중요한 시연입니다.

자연, 2023. DOI: 10.1038 / s41586-023-05885-0 (DOI에 대해).

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