Квантовый кубит: почему связи пропадают по очереди и иногда возвращаются ✛ ✦

Оригинал: "Observation of Full Hierarchy of Temporal Quantum Correlations with a Superconducting Qubit"
arXiv:2505.01379v1 · 2025-05-02 · CC BY 4.0 · 1 мин
Эксперимент с кубитом показал: временные квантовые связи исчезают по строгому расписанию, а иногда возвращаются сами.

В квантовом мире бывает запутанность не только в пространстве, но и во времени: прошлое состояние влияет на будущее. Учёные с помощью точных квантовых измерений проверили, насколько прочны такие временные связи у сверхпроводящего кубита из процессора IBM. Оказалось, три вида связей — «неразрушимость» (способность быть сразу во многих состояниях, суперпозиция), «управляемость» и «неделимость» — исчезают строго по очереди. Сначала пропадает неразрушимость, затем управляемость, и лишь потом неделимость.

Это напоминает жонглёра с тремя шарами: порыв ветра (шум) выбивает их из рук в определённой последовательности. Но самое неожиданное: когда кубит развивался сам, без наведённого шума, часть связей на время возрождалась. Так проявляется немарковская декогеренция — окружение словно «помнит» прошлое кубита и ненадолго возвращает утраченную квантовую информацию. В квантовых устройствах шум может стать союзником.

Инженеры смогут использовать эту иерархию как тест-полоску для кубитов: нарушение порядка сигнализирует о неполадках. Идея проверки макрореализма — может ли крупный объект вести себя квантово — восходит к спору Джона Белла с классической физикой, а Ричард Фейнман предвидел квантовые компьютеры. Сегодня их мечты обретают чёткие очертания.

В 2007 году открыли «внезапную смерть» обычной квантовой запутанности. Теперь та же драма повторяется с временными связями — и с неожиданным продолжением.

B_{\max} = \max\left\{0, \frac{C_{ab} + C_{a'b} + C_{ab'} - C_{a'b'} - 2}{2\sqrt{2} - 2}\right\}
Bmax = 1 при максимальном нарушении макрореализма, 0 — кубит ведёт себя как классическая система без временных когерентностей.
f = \|R\|_{\mathrm{tr}} - 1
f > 0 означает, что псевдоплотностная матрица R не раскладывается в произведение состояний для разных моментов времени, то есть прошлое и настоящее кубита спутаны.
Учёные
William WoottersJohn Stewart BellAlain AspectDavid DeutschRichard FeynmanJohn Clauser
Понятия
квантовый временной порядок временная запутанность квантовая корреляция неопределённость времени корреляция управление в реальном времени нелокальность однокубитная операция обратная связь точность время жизни кубита автокорреляционная функция связь марковская цепь управляющий сигнал связь магнетизма и сверхпроводимости случайность тест Белла сверхпроводимость микрометрового эффекта ячейка памяти