一项新的测试证实，包括多体相关性在内的大规模系统中都存在深层量子行为。

是否有可能验证一个大型量子系统是否真正遵循量子力学的非同寻常的原理，而不仅仅是表面看起来如此？在一项开创性的实验中，来自莱顿、北京和杭州的物理学家回答了这个问题。

他们调查的核心可以描述为一个“量子测谎仪”：即物理学家约翰·贝尔 (John Bell) 开发的贝尔测试。该测试可以判断一个系统（如量子计算机）是否真的在利用量子效应，而不仅仅是模仿量子效应。

随着量子技术的不断进步，采用更严谨的方法来确认真正的量子行为的需求也随之增加。在这项最新研究中，研究团队通过研究包含多达73个量子位（量子计算机的基本单位）的系统中的贝尔相关性，突破了研究界限。

这项工作是由一个国际研究团队完成的。团队成员包括来自莱顿大学的理论物理学家霍尔迪·图拉、帕特里克·埃蒙茨和博士生胡梦瑶，以及来自北京清华大学的合作者和来自杭州浙江大学的实验物理学家。

巧妙的实验

尽管该计划野心勃勃，但团队精心提炼的方法却至关重要。他们没有试图直接测量复杂的贝尔相关性，而是专注于量子设备已经处理得很好的一项任务：最小化能量。

这一策略证明是成功的。研究人员在超导量子处理器上使用73个量子位创建了一个独特的量子态，并记录到显著低于任何经典系统所能达到的能量水平。结果差异显著，相差48个标准差，几乎可以排除随机结果的可能性。

但团队并未止步于此。他们继续验证了一种罕见且要求更高的非局域性——即真正的多方贝尔相关性。在这种量子相关性中，系统中的所有量子位都必须参与，这使得其更难产生——甚至更难验证。值得注意的是，研究人员成功制备了一系列低能态，这些低能态通过了多达24个量子位的测试，从而有效地证实了这些特殊的相关性。

这一结果表明，量子计算机不仅在体积上变得更大，而且在展示和证明真正的量子行为方面也变得更为擅长。

为何此事至关重要

本研究证明，我们可以在大型复杂系统中验证深层量子行为，这在之前是前所未有的。这是确保量子计算机真正实现量子化的重要一步。

这些见解绝非仅限于理论层面。理解和控制贝尔相关性可改善量子通信，使密码学更安全，并有助于开发新的量子算法。

参考文献：《利用超导量子比特探测多体贝尔关联深度》，作者：王珂、李玮康、徐世博、胡梦瑶、陈嘉晨、吴耀祖、张传宇、金飞彤、朱旭豪、高宇、谭子奇、崔征义、张傲赛、王宁、邹轶人、李婷婷、沈凡浩、钟嘉润、鲍泽航、朱子天、宋子轩、邓金峰、董航、张旭、张鹏飞、姜文杰、陆志德、孙征治、李合康、郭秋江、王臻、Patrick Emonts、Jordi Tura、宋超、王浩、邓东灵，发表于2025年4月22日，《物理评论X》。数字对象唯一标识符（DOI）：10.1103/PhysRevX.15.021024

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