Vědci odpálili atomy Fibonacciho laserem, aby vytvořili „extra“ dimenzi času. Nová fáze
Proč jsou kvantová měření jedinečná?
Běžné počítače používají bity (0 a 1) ažtvoří základ pro všechny výpočty. Ale kvantové počítače jsou navrženy tak, aby používaly qubity, které mohou existovat i ve stavu 0 nebo 1. Tím ale podobnosti končí. Díky bizarním zákonům kvantového světa mohou qubity existovat v kombinaci nebo superpozici stavů 0 a 1, dokud nejsou změřeny, načež se náhodně zhroutí buď do 0, nebo 1.
Toto podivné chování je klíčem k sílekvantové počítání, protože umožňuje qubitům vzájemně komunikovat prostřednictvím kvantového zapletení. Spojuje dva nebo více qubitů navzájem, spojuje se takovým způsobem, že jakákoli změna v jedné částici způsobí změnu v části druhé. To se stane, i když je dělí obrovská vzdálenost. Kvantové počítače tedy mohou provádět více výpočtů současně, což exponenciálně zvyšuje jejich výpočetní výkon ve srovnání s klasickými zařízeními.
Co je za problém?
Rozvoji kvantových počítačů brání jedennevýhoda: qubity nejen interagují a vzájemně se zaplétají. Vzhledem k tomu, že je nelze dokonale izolovat od prostředí mimo kvantový počítač, interagují s vnějším prostředím. V důsledku to vede ke ztrátě jejich kvantových vlastností a informací, které nesou v procesu dekoherence.
Kvantová fyzika. Původní obrázek ve veřejné doméně z Wikimedia Commons
Titulní foto: Berndthaller, CC BY-SA 4.0, prostřednictvím Wikimedia Commons
Jinými slovy, i když budete mít všechny atomy pod přísnou kontrolou, mohou ztratit svou „kvantovost“, interagovat s prostředím, vůbec ne tak, jak vědci plánovali.
Existuje řešení
Aby se obešly účinky fyzikální dekoherencepoužíval speciální sadu fází – topologickou. Kvantové provázání nejen umožňuje kvantovým zařízením kódovat informace prostřednictvím jednotlivých statických pozic qubitů, ale také je vetkat do dynamických pohybů a interakcí veškerého materiálu – v samotné formě nebo topologii zapletených stavů materiálu. To vytváří „topologický“ qubit, který kóduje informace ve formě složené z více částí, nikoli pouze z jedné. To snižuje pravděpodobnost ztráty informace o fázi.
Klíčovým znakem přechodu z jedné fáze dodalší je porušení fyzikálních symetrií – myšlenka, že fyzikální zákony jsou stejné pro objekt v jakémkoli bodě v čase nebo prostoru. Jako kapalina se molekuly vody řídí stejnými fyzikálními zákony v jakémkoli bodě prostoru a ve všech směrech.
Ale pokud dostatečně ochladíte vodupřeměněn na led, jeho molekuly si vyberou správné body podél krystalové struktury nebo mřížky. Najednou mají molekuly vody přednostní body v prostoru, které zabírají, a ostatní nechávají prázdné. V důsledku toho dochází k samovolnému porušení prostorové symetrie vody. To inspirovalo vědce k nové topologické fázi uvnitř kvantového počítače. Důležitý rozdíl je v tom, že v této nové fázi není symetrie narušena v prostoru, ale v čase.
Jak vytvořit další dimenzi?
Fyzici neměli v úmyslu vytvořit fázi steoretický dodatečný rozměr času a nehledali metodu, která by zlepšila ukládání kvantových dat. Místo toho chtěli vytvořit novou fázi hmoty, formu, ve které by hmota mohla existovat. Samozřejmě kromě těch standardních – pevných, kapalných, plynných a plazmových.
V tomto kvantovém počítači fyzikové vytvořilidosud neviděná fáze hmoty, která se chová, jako by čas měl dva rozměry. Fáze může pomoci chránit kvantové informace před zničením mnohem déle než stávající metody. Foto: Quantinuum
Začali vytvářet novou fáziQuantinuum je kvantový procesor H1, který se skládá z 10 ytterbiových iontů ve vakuové komoře. Tam jsou přesně řízeny lasery v iontové pasti. Podle plánu chtěli fyzici tím, že každý iont v řetězci periodicky otřásl („explodoval“) pomocí laserů, narušit souvislou časovou symetrii.
Jaký je konečný výsledek?
Nyní, nová fáze hmoty vytvořená slasery, které rytmicky kmitají řetězcem 10 ytterbiových iontů, umožňují vědcům ukládat informace mnohem odolnějším způsobem. To pomůže při vývoji kvantových počítačů, které uchovávají data po dlouhou dobu, aniž by je zkreslovaly. Vědci nastínili svá zjištění v článku publikovaném 20. července v časopise Nature.
Nyní včetně teoretické „extra“ časové dimenze je zcela jiný způsob uvažování o fázích hmoty.
Přečtěte si více:
Rekordní výron koronální hmoty v Betelgeuse je 400 miliardkrát větší než Slunce
Megalodon sežral najednou zvíře velikosti kosatky
Everest našel stopy DNA, které by tam neměly být