物理学家造出了量子测谎仪，真的能测出谎言

你可以称它为“量子测谎仪”：由著名物理学家约翰·贝尔设计的贝尔测试。这种测试能判断像量子计算机这样的设备是真的在利用量子效应，还是仅仅在模仿量子效应。

随着量子技术日益成熟，对“量子性”的测试需要越来越严格。在这项新研究中，研究人员将测试提升到了新高度，他们在拥有多达73个量子比特（量子计算机的基本组成单元）的系统中测试了贝尔关联。

该研究由一个全球团队合作完成：莱顿大学的理论物理学家若尔迪·图拉、帕特里克·埃蒙茨、博士生胡梦瑶，以及清华大学（北京）的同事和浙江大学（杭州）的实验物理学家共同参与。

量子物理的世界
量子力学是解释宇宙中最微小粒子（如原子和电子）行为的科学。这是一个充满奇特且反直觉概念的世界。

其中一个概念是量子非定域性，即粒子即使相距遥远，似乎也能瞬间相互影响。尽管听起来很奇怪，但这是一种真实存在的效应，并且因此获得了2022年诺贝尔物理学奖。这项研究的重点是证明非定域关联（也称为贝尔关联）的存在。

巧妙的实验
这是一个极具雄心的计划，但团队优化得当的策略起到了关键作用。他们没有试图直接测量复杂的贝尔关联，而是将重点放在了量子设备已经擅长的事情上：最小化能量。

这一策略取得了成效。团队在超导量子处理器中使用73个量子比特创建了一种特殊的量子态，并测量到其能量远低于经典系统可能达到的水平。两者的差异非常显著——达48个标准差，这使得该结果几乎不可能是偶然造成的。

但团队并未止步于此。他们进一步验证了一种更为罕见且要求更高的非定域性——即真正的多体贝尔关联。在这种量子关联中，系统中的所有量子比特都必须参与其中，这使得它更难产生，也更难验证。值得注意的是，研究人员成功制备了一系列低能态，这些低能态在多达24个量子比特的系统中通过了这项测试，从而高效地证实了这些特殊关联的存在。

这一结果表明，量子计算机不仅在规模上不断扩大，在展现和证明真正量子行为的能力上也在不断提升。

为何意义重大
这项研究证明，在大型复杂系统中验证深度量子行为是可能的——这是此前从未在如此规模上实现过的。这是确保量子计算机真正具备量子特性的重要一步。

这些见解不仅仅停留在理论层面。理解和控制贝尔关联有助于改进量子通信、提高密码学的安全性，并帮助开发新的量子算法。