Фізики з американського Інституту Стандартів і Технологій створили першу гібридну квантову систему-кубіт, що складається з атомів різних елементів. У ній вдалося реалізувати кілька логічних перемикачів-вентилів і продемонструвати справедливість ключових для квантової механіки нерівностей Белла. Стаття дослідників опублікована в журналі паралельно з аналогічною роботою іншого колективу, де замість різних елементів використовувалися різні ізотопи одного елемента. Двом роботам присвячено редакційний матеріал.
Квантова система складалася з позитивно заряджені іонів берилію-9 і магнію-25. За допомогою декількох лазерів з різною довжиною хвилі вчені змогли змусити іони взаємодіяти один з одним на рівні електронних спинів. Іншими словами, іони були об'єднані в єдину заплутану квантову систему, де спини електронів корелювали один з одним.
Взаємодія іонів дозволила реалізувати в системі кілька логічних вентилів: CNOT и SWAP. Теоретично, ця технологія дозволяє реалізувати універсальний набір перемикачів, достатній для створення повноцінного квантового комп'ютера (нещодавно протестований D-Wave таким не є).
За словами авторів, ключовим для успіху роботи став підбір фази лазерів, що взаємодіють з іонами і контроль цієї фази протягом експерименту. І хоча до практичної реалізації квантового комп'ютера на цій базі ще далеко, використання різних іонів в одній системі має важливі переваги: такі атоми мають різні максимуми поглинання, що дозволяє записувати і зчитувати інформацію на різній довжині хвилі і мінімізувати інтерференцію.
Важливим, хоча і побічним результатом роботи стала чергова демонстрація виконання нерівностей Белла в квантовій системі. Ці нерівності (або теорема, як зараз кажуть) описують поведінку заплутаних фотонів, електронів - будь-яких квантових об'єктів. У заплутаній системі - наприклад, парі фотонів, що виникли в результаті радіоактивного розпаду - вимірювання поляризації одного фотона негайно позначається в стані іншого, навіть якщо вони знаходяться на великій відстані один від одного. Здається, що це суперечить принципу теорії відносності про кінцівку швидкості, з якою може переноситься інформація (правильніше - принципу локальності).
У подумковому експерименті Ейнштейна-Подільського-Розена така поведінка квантової системи фізики намагалися пояснити існуванням якихось прихованих параметрів, які визначають поведінку заплутаних частинок без порушення локальності. Однак Джон Белл показав, що сущестування прихованих параметрів накладає цілком певні обмеження на корелляцію вимірювань заплутаних частинок. І ці обмеження - так вже показують експерименти, - не виконуються. У новій системі з іонами різних елементів ці невідповідності в кореляції вимірювань були показані з дуже високою статистичною значимістю в 40 сигма.