Квантовые системы, состоящие из множества частиц, — фундамент будущих квантовых компьютеров и защищённых коммуникационных сетей. Однако с ростом числа частиц экспоненциально растёт и сложность их описания: число возможных состояний системы увеличивается лавинообразно. Традиционный подход — полное измерение всех параметров — требует колоссальных временных затрат.
Физики предложили обходной путь: вместо восстановления всей системы анализировать только её малые подсистемы. Аналогия из быта: чтобы оценить качество торта, не обязательно съедать его целиком — достаточно попробовать несколько кусочков из разных мест. В эксперименте со световыми частицами — фотонами — учёные восстановили все парные корреляции между частицами, выполнив всего 25 измерений вместо 225, которые потребовались бы при полном томографическом описании.
Выяснилось, что даже по этим малым фрагментам можно с высокой достоверностью утверждать, что система действительно является квантовой и обладает запутанностью — неклассической корреляцией между частицами, не имеющей аналога в классической физике. Более того, предложенный метод демонстрирует большую устойчивость к помехам по сравнению с прежними критериями. Это означает, что сложные квантовые сети можно будет проверять быстрее и надёжнее.
В эксперименте использовались световые частицы — фотоны, которые одновременно находились в четырёх разных состояниях, как если бы монета была не орлом или решкой, а сразу несколькими вариантами.