Uma equipe de cientistas estudou a versão de sistema único da não localidade multipartida de Bell e observou o mais alto grau de contextualidade quântica em um único sistema. Seu trabalho foi publicado na Physical Review Letters. Eles foram liderados pelo Prof. Chuanfeng Li e pelo Prof. Jinshi Xu da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) da Academia Chinesa de Ciências (CAS), em colaboração com o Prof. Jingling Chen da Universidade de Nankai e o Prof. Adán Cabello da a Universidade de Sevilha.
A contextualidade quântica refere-se ao fenômeno de que as medições de observáveis quânticos não podem ser simplesmente consideradas como revelando propriedades preexistentes. É uma característica distintiva da mecânica quântica e um recurso crucial para a computação quântica. A contextualidade desafia as teorias de variáveis ocultas de não-contextualidade e está intimamente ligada à não-localidade quântica.
Em sistemas multipartidos, a não-localidade quântica surge como resultado da contradição entre a contextualidade quântica e as teorias de variáveis ocultas de não-contextualidade. A extensão da não localidade pode ser medida pela violação da desigualdade de Bell e pesquisas anteriores mostraram que a violação aumenta exponencialmente com o número de bits quânticos envolvidos. No entanto, embora um sistema de alta dimensão de partícula única ofereça mais possibilidades de medições em comparação com sistemas multipartidos, a busca por aumentar a robustez da correlação contextual continua sendo um desafio contínuo.
Para observar uma contextualidade quântica mais robusta em um sistema de partícula única, os pesquisadores adotaram uma abordagem teórica de gráficos para correlações quânticas. Eles associaram as relações de comutação entre medições usadas em correlações de não localidade com um gráfico de exclusividade e então procuraram outro conjunto de medições no sistema único de alta dimensão que possui uma relação de comutação isomórfica ao gráfico. Essa abordagem quantifica totalmente as propriedades não clássicas de correlações quânticas usando parâmetros gráficos.
Os pesquisadores descobriram que, depois de transformar a desigualdade de Mermin-Ardehali-Belinskii-Klyshko (MABK) Bell em desigualdade de não contexto usando a abordagem acima, a violação máxima é a mesma, mas a dimensão do espaço de Hilbert necessária é menor em comparação com a dimensão da desigualdade de Bell original . Pesquisas adicionais indicaram que esse fenômeno de concentração de contextualidade, em que a contextualidade transita de correlações de não localidade para correlações de alta dimensão de partícula única, é amplamente observado dentro de uma classe de correlações de não localidade previamente descobertas pela equipe.
No experimento, os pesquisadores desenvolveram uma técnica de modulação de luz espacial para obter preparação e medição de estado quântico de alta fidelidade em um sistema quântico de sete dimensões baseado na codificação do modo espacial de fótons.
Ao garantir o mínimo de perturbação entre as medições iniciais e subsequentes, eles observaram uma violação superior a 68 desvios padrão na desigualdade de não contexto derivada da desigualdade MABK de três partes. A razão entre o valor da violação quântica e o limite clássico atingiu 0,274, estabelecendo um novo recorde para a maior razão em experimentos de contextualidade de partícula única.
A descoberta da concentração de contextualidade quântica não apenas estabelece as bases para observar mais correlações quânticas, mas também tem o potencial de avançar na realização da computação quântica em vários sistemas físicos.
Publicado em 01/08/2023 22h42
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