Срочные новости раздела
Физики экспериментально подтвердили квантовую псевдотелепатию

Физики экспериментально подтвердили квантовую псевдотелепатию

Китайские физики экспериментально поиграли в квантовую игру Мермина — Переса с помощью гиперзапутанных фотонов. Эта игра представляет собой пример квантовой псевдотелепатии, то есть игры, в которой квантовое решение дает в теории стопроцентную гарантию успеха. На практике ученые победили в 94 случаях из 100 из-за шумов и несовершенства оптической схемы, однако это значение сильно больше классического предела успешности, равного 89 процентам.

Игра «Волшебный квадрат Мермина-Переса». Судья произвольно посылает Х и Y Алисе и Бобу. Алиса и Боб отвечают тремя числами либо +1 или же −1 , в строке и в столбце соответственно. Игрок выигрывает, если перекрывающиеся записи совпадают.© Jia-Min Xu et al. / Physical Review Letters, 2022

Квантовая механика существенно расширила множество научных дисциплин, введя в них такие понятия, как когерентность, квантовая суперпозиция и квантовая запутанность. К их числу относится и теория игр, квантовое расширение которой позволило изучать множество новых стратегий, имеющих преимущество перед классическими решениями. Так, квантовый компьютер способен одолеть классический при игре в «Магический квадрат», а также найти квантовый вариант квадрата Эйлера шестого порядка, у которого не существует классического аналога.

Исторически квантовые игры служили для концептуальной проверки явления квантовой нелокальности (запутанности). Если такие корреляции — это объективно существующее явление, а не наш недостаток знания о системе, то шанс победить игре с одним или несколькими игроками должен быть иным, нежели в классическом случае. Самой простой квантовой игрой можно назвать проверку неравенств Белла, с помощью которых теория скрытых параметров впервые была проверена экспериментально. С тех пор физики и математики предлагают игры, где эта разница видна наиболее существенно.

Апогеем этого поиска стали игры, в которых благодаря квантовым стратегиями вероятность успеха равна ста процентам. В условиях игр коммуникация между игроками запрещена, поэтому с классической точки зрения абсолютная победа выглядит так, будто бы участники передают друг другу информацию неким паранормальным способом. За это такие игры были названы квантовой псевдотелепатией. Наиболее простым примером квантовой псевдотелепатии считается игра, предложенная независимо Мермином и Пересом, в которой участникам нужно заполнять магический квадрат 3×3. Экспериментальная реализация игры Мермина — Переса, однако, затруднена тем, что требует распределения двух запутанных состояний двух кубитов и проведения локальных измерений в разных запутанных парахтрое до.

Первыми, кто справился с этими трудностями, стали Цзя-Минь Сюй (Jia-Min Xu) из Научно-технического университета Китая и ее коллеги. Им помогла генерация гиперзапутанных пар фотонов, в которых корреляция возникает не только между традиционными поляризационными степенями свободы, но и между состояниями с различным орбитальным угловым моментом. Используя квантовый генератор случайных чисел для опроса Алисы и Боба, ученые смогли выиграть игру в 94 процентах случаев, что существенно превосходит классический предел.

В игре Мермина — Переса участники (Алиса и Боб) должны заполнять квадрат 3×3 битами, которые могут принимать значение +1 и –1. Рефери одновременно запрашивает случайную строку у Алисы и случайный столбец у Боба. Ответ Алисы должен содержать четное число отрицательных единиц (то есть произведение всех трех чисел в строке должно равняться +1), а Боба — нечетное (произведение должно быть равно –1). Строка и столбец пересекаются в одной ячейке квадрата, и если значения Алисы и Боба в ней совпали, игрокам присуждается победа.

Важно то, что невозможно составить классический квадрат 3×3, который удовлетворял бы требованиям, предъявляемые Алисе и Бобу (то есть, строкам и столбцам). При его заполнении как минимум одно значение будет у игроков отличаться (всего таких сценариев девять). Это значит, что классическая игра имеет предел частоты побед, равный 8/9.

В квантовом варианте игры, однако, возможно достижение стопроцентной победы. Для этого рефери должен отправлять игрокам запросы в виде максимально гиперзапутанного состояния, то есть такого, которое максимально запутано по двум различным независимым переменным, кодирующим строки и столбцы. Оказалось, что можно подобрать такие три базиса измерений для каждого участника, что произведение трех соответствующих проекционных операторов даст единичную для Алисы и отрицательно единичную для Боба матрицу, однако результат измерения общей ячейки всегда совпадет.

Для проверки теории физики использовали два кристалла бета бората бария толщиной 0,6 миллиметра, склеенные так, чтобы их оптические оси были перпендикулярны. При накачке получившейся структуры импульсами лазерного света на длине волны 390 нанометров гиперзапутанные фотоны рождались в процессе спонтанного параметрического рассеяния с понижением частоты и направлялись игрокам. Квантовый генератор случайных чисел генерировал для Алисы и Боба номер базиса, в котором им следует измерять фотоны. Сигнал передавался на измерительные схемы игроков и управлял ориентацией полуволновых пластинок, входящих в их состав.

Физики провели 1 075 930 раундов игры, в ходе которых совпадения случились в 1 009 610 случаях, что соответствует 93,84 ± 0,02 процента успеха. Эта величина значимо больше классического предела, равного 88,89 процента. Из-за шума, появляющегося в процессе спонтанного параметрического рассеяния, а также несовершенства оптических интерферометров стопроцентная победа не может быть достигнута в реальном опыте. Тем не менее результат физиков четко доказывает превосходство квантовой стратегии в игре Мермина — Переса, став, таким образом, экспериментальной демонстрацией квантовой псевдотелепатии.

Статья опубликована в  журнале Physical Review LettersИсточник: Марат Хамадеев nplus1.ru

Источник: sci-dig.ru

Последние записи - Наука

самые читаемые новости

#Наука

Исследователи из Сколтеха, МГУ, Научно-технологического университета «Сириус» и Института биоорганической химии РАН исследовали роль двух бактериальных генов, которые помогают поддерживать целостность
подробнее...

Исследование ученых из Университета Западного Онтарио показало, что в период зимней спячки колорадские жуки разрушают митохондрии в собственных мышцах, а пробуждаясь, вновь их восстанавливают.
подробнее...

Палеогенетики прочитали самый старый геном домашней лошади из Америки. Им удалось отсеквенировать ДНК из зуба, найденного в испанском городе раннего колониального периода на Гаити. Ученые подтвердили
подробнее...

Группа ученых из Кольского научного центра РАН и Санкт-Петербургского государственного университета открыла новый минерал в якутском месторождении Кестёр в Верхоянском крае, который может стать
подробнее...

Окаменелости плезиозавров, найденные в древнем русле реки в пустыне Сахара позволяют предположить, что некоторые вымершие виды, которые традиционно считались морскими существами, могли обитать и в
подробнее...

Команда исследователей из Сколтеха и Томского политехнического университета применила уникальную технологию, используемую в аэрокосмической промышленности, для синтеза карбида гафния-тантала —
подробнее...

Палеонтолог Ромен Давид (Romain David) из Музея естественной истории в Лондоне выдвинул гипотезу, согласно которой относительный размер полукружных каналов во внутреннем ухе позвоночных зависит от их
подробнее...

Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Китая доказали возможность генерации магнитного поля в диэлектриках с низким показателем преломления. К ним относятся стекло,
подробнее...

Исследователи из Франции разработали инновационного «наноробота» полностью из молекул ДНК. Он поможет тщательнее изучить на микроскопическом уровне механизмы, которые имеют решающее значение для
подробнее...

Израильские физики построили теорию взаимодействия атома с излучением в среде фотонного временного кристалла. Так называют однородный материал, чья диэлектрическая проницаемость периодически меняется
подробнее...

Когда некоторые из магнитных материалов охлаждаются ниже какой-то определенной температуры, происходит нечто интересное. Направления вращения электронов атомов как бы «замораживаются», они застывают,
подробнее...

Согласно теории, далекие транснептуновые объекты ― естественный результат долговременной эволюции Солнечной системы, включающей мигрирующие планеты-гиганты и самогравитирующий планетезимальный диск.
подробнее...

Группа исследователей из Германии и США использует бактериальный биосинтез для производства антибиотика, содержащего фтор, сообщает пресс-служба Франкфуртского университета имени Иоганна Вольфганга
подробнее...

Палеонтолог проанализировал большую выборку черепов динозавров и их родственников и обнаружил, что у большинства видов глазницы были округлыми, но крупные хищники, такие как тираннозавр и аллозавр,
подробнее...

Сотрудники Зоологического музея МГУ и Института биологии развития РАН описали два новых вида голожаберных моллюсков — особой группы морских животных, не имеющих раковины. Один из них назвали в честь
подробнее...

Группа исследователей, в которую вошли ученые из СПбГУ, НМХЦ имени Н. И. Пирогова, Университета Иннополис, БФУ имени Иммануила Канта и сотрудники научно-производственной компании «Иммерсмед», создала
подробнее...

Исследователи из Сколтеха, Исландского университета и Саутгемптонского университета показали, как формируется ранее не наблюдавшийся объект из области квантовой физики, представляющий собой кластер
подробнее...

Согласно новому исследованию ученых из Института поведения животных Общества Макса Планка (MPI-AB), Университета Констанца и Университета Эксетера, мигрирующие насекомые способны сохранять идеально
подробнее...