Forskere sprængte atomer med en Fibonacci-laser for at skabe en "ekstra" dimension af tid.En ny fase
Hvorfor er kvantemålinger unikke?
Almindelige computere bruger bit (0 og 1) tildanne grundlag for alle beregninger. Men kvantecomputere er designet til at bruge qubits, som også kan eksistere i tilstand 0 eller 1. Men det er der, lighederne slutter. Takket være de bizarre love i kvanteverdenen kan qubits eksistere i en kombination eller superposition af tilstande 0 og 1, indtil de måles, hvorefter de tilfældigt kollapser til enten 0 eller 1.
Denne mærkelige adfærd er nøglen til styrkekvanteberegning, fordi det tillader qubits at kommunikere med hinanden gennem kvantesammenfiltring. Den forbinder to eller flere qubits til hinanden og forbinder på en sådan måde, at enhver ændring i en partikel vil forårsage en ændring i den anden. Dette vil ske, selvom de er adskilt af en enorm afstand. Så kvantecomputere kan udføre flere beregninger samtidigt, hvilket øger deres computerkraft eksponentielt sammenlignet med klassiske enheder.
Hvad er problemet?
Udviklingen af kvantecomputere hindres af enulempe: qubits interagerer ikke bare og bliver viklet ind i hinanden. På grund af det faktum, at de ikke kan isoleres perfekt fra miljøet uden for en kvantecomputer, interagerer de med det eksterne miljø. Som et resultat fører dette til tab af deres kvanteegenskaber og den information, de bærer i processen med dekohærens.
Kvantefysik. Originalt public domain-billede fra Wikimedia Commons
Forsidefoto: Berndthaller, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Med andre ord, selvom du holder alle atomerne under stram kontrol, kan de miste deres "kvantestyrke" og interagere med miljøet, slet ikke som forskerne havde planlagt.
Der er en løsning
At omgå virkningerne af fysisk dekohærensbrugt et særligt sæt faser - topologisk. Kvantesammenfiltring tillader ikke kun kvanteenheder at kode information gennem enkelte statiske positioner af qubits, men også at væve dem ind i de dynamiske bevægelser og interaktioner af alt materiale - i selve formen eller topologien af sammenfiltrede materialetilstande. Dette skaber en "topologisk" qubit, der koder information i en form dannet af flere dele i stedet for kun én. Dette reducerer sandsynligheden for at miste information efter fasen.
Et vigtigt tegn på overgangen fra en fase til en anden er bruddet på fysiske symmetrier - ideen om, at fysikkens love altid er de samme for et objektLigesom en væske følger vandmolekyler de samme fysiske love på hvert punkt i rummet og i alle retninger.
Men hvis du afkøler vandet nok tilomdannet til is, vil dens molekyler vælge de rigtige punkter langs krystalstrukturen eller gitteret. Lige pludselig har vandmolekyler foretrukne punkter i rummet, som de optager, og efterlader andre tomme. Som et resultat bliver vands rumlige symmetri spontant brudt. Dette inspirerede videnskabsmænd til en ny topologisk fase inde i kvantecomputeren. En vigtig forskel er, at i denne nye fase brydes symmetrien ikke i rummet, men i tiden.
Hvordan skaber man en ekstra dimension?
Fysikere havde ikke til hensigt at skabe en fase medteoretisk yderligere tidsdimension og ledte ikke efter en metode, der ville forbedre lagringen af kvantedata. I stedet ønskede de at skabe en ny fase af stof, en form hvori stof kunne eksistere. Selvfølgelig, ud over de standard, - fast, flydende, gas og plasma.
I denne kvantecomputer har fysikere skabten aldrig før set fase af stof, der opfører sig, som om tiden har to dimensioner. Fasen kan hjælpe med at beskytte kvanteinformation mod ødelæggelse i meget længere tid end eksisterende metoder. Foto: Quantinuum
De har taget hul på en ny fase af Quantinuums H1 kvanteprocessor, som består afaf 10 ytterbiumioner i et vakuumkammer, hvor de styres præcist af lasere i en ionfælde.Ifølge planen ønskede fysikerne at bryde den kontinuerlige tidssymmetri ved at give hver ion i kæden et periodisk skub ("eksplodere" dem) med lasere.
Hvad er bundlinjen?
Nu, en ny fase af stof skabt medlasere, der rytmisk svinger en streng på 10 ytterbium-ioner, gør det muligt for forskere at gemme information på en meget mere fejlsikker måde. Dette vil hjælpe i udviklingen af kvantecomputere, der gemmer data i lang tid uden at forvrænge det. Forskerne skitserede deres resultater i et papir offentliggjort den 20. juli i tidsskriftet Nature.
Nu at inkludere en teoretisk "ekstra" tidsdimension er en helt anden måde at tænke på materiens faser.
Læs mere:
Rekordkoronal masseudslyngning ved Betelgeuse er 400 milliarder gange større end solen
Megalodon spiste et dyr på størrelse med en spækhugger ad gangen
Everest fandt spor af DNA, som ikke burde være der