Wissenschaftler beschossen Atome mit einem Fibonacci-Laser, um eine „zusätzliche“ Dimension der Zeit zu schaffen. Neue Phase
Warum sind Quantenmessungen einzigartig?
Gewöhnliche Computer verwenden Bits (0 und 1).bilden die Grundlage für alle Berechnungen. Aber Quantencomputer sind darauf ausgelegt, Qubits zu verwenden, die auch im Zustand 0 oder 1 existieren können. Aber hier enden die Ähnlichkeiten. Dank der bizarren Gesetze der Quantenwelt können Qubits in einer Kombination oder Überlagerung der Zustände 0 und 1 existieren, bis sie gemessen werden, wonach sie zufällig entweder in 0 oder 1 kollabieren.
Dieses seltsame Verhalten ist der Schlüssel zur StärkeQuantencomputing, weil es Qubits ermöglicht, durch Quantenverschränkung miteinander zu kommunizieren. Es verbindet zwei oder mehr Qubits miteinander, und zwar so, dass jede Änderung in einem Partikel eine Änderung in dem anderen bewirkt. Dies wird auch dann passieren, wenn sie durch eine große Entfernung voneinander getrennt sind. So können Quantencomputer mehrere Berechnungen gleichzeitig durchführen und ihre Rechenleistung im Vergleich zu klassischen Geräten exponentiell steigern.
Was ist das Problem?
Die Entwicklung von Quantencomputern wird dadurch behindertNachteil: Qubits interagieren und verschränken sich nicht einfach. Da sie außerhalb eines Quantencomputers nicht perfekt von der Umgebung isoliert werden können, interagieren sie mit der äußeren Umgebung. Dies führt in der Folge zum Verlust ihrer Quanteneigenschaften und der in ihnen enthaltenen Informationen im Prozess der Dekohärenz.
Quantenphysik. Ursprüngliches gemeinfreies Bild von Wikimedia Commons
Titelfoto: Berndthaller, CC BY-SA 4.0, über Wikimedia Commons
Mit anderen Worten, selbst wenn Sie alle Atome unter strenger Kontrolle halten, können sie ihre "Quantenhaftigkeit" verlieren und mit der Umgebung interagieren, ganz anders als die Wissenschaftler es geplant haben.
Es gibt eine Lösung
Um die Auswirkungen der physikalischen Dekohärenz zu umgehenverwendet einen speziellen Satz von Phasen - topologische. Die Quantenverschränkung ermöglicht es Quantengeräten nicht nur, Informationen durch einzelne statische Positionen von Qubits zu kodieren, sondern sie auch in die dynamischen Bewegungen und Wechselwirkungen aller Materialien einzuweben – in der Form oder Topologie verschränkter Materialzustände. Dadurch wird ein „topologisches“ Qubit erstellt, das Informationen in einer Form codiert, die aus mehreren Teilen und nicht nur aus einem Teil besteht. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit, Informationen durch die Phase zu verlieren.
Das Schlüsselzeichen des Übergangs von einer Phase zuEin weiterer Grund ist das Aufbrechen physikalischer Symmetrien – die Idee, dass die Gesetze der Physik für ein Objekt zu jedem Zeitpunkt in der Zeit oder im Raum dieselben sind. Als Flüssigkeit folgen Wassermoleküle an jedem Punkt im Raum und in alle Richtungen den gleichen physikalischen Gesetzen.
Aber wenn man das Wasser genug kühltIn Eis verwandelt, wählen seine Moleküle die richtigen Punkte entlang der Kristallstruktur oder des Gitters. Plötzlich haben Wassermoleküle bevorzugte Punkte im Raum, die sie besetzen, während andere leer bleiben. Dadurch wird die räumliche Symmetrie des Wassers spontan gebrochen. Dies inspirierte Wissenschaftler zu einer neuen topologischen Phase innerhalb des Quantencomputers. Ein wichtiger Unterschied besteht darin, dass in dieser neuen Phase die Symmetrie nicht räumlich, sondern zeitlich gebrochen wird.
Wie erstelle ich eine zusätzliche Dimension?
Physiker hatten nicht die Absicht, eine Phase mit zu erstellentheoretische zusätzliche Dimension der Zeit und suchten nicht nach einer Methode, die die Speicherung von Quantendaten verbessern würde. Stattdessen wollten sie eine neue Phase der Materie erschaffen, eine Form, in der Materie existieren könnte. Natürlich zusätzlich zu den Standardtypen - fest, flüssig, gasförmig und Plasma.
An diesem Quantencomputer haben Physiker gearbeiteteine nie zuvor gesehene Phase der Materie, die sich verhält, als hätte die Zeit zwei Dimensionen. Die Phase kann dazu beitragen, Quanteninformationen viel länger vor Zerstörung zu schützen als bestehende Methoden. Foto: Quantinuum
Sie begannen, eine neue Phase zu schaffenQuantinuums Quantenprozessor H1, der aus 10 Ytterbiumionen in einer Vakuumkammer besteht. Dort werden sie von Lasern in einer Ionenfalle präzise gesteuert. Dem Plan zufolge wollten die Physiker die kontinuierliche Zeitsymmetrie durchbrechen, indem sie jedem Ion in der Kette mit Hilfe von Lasern einen periodischen Stoß verpassten („sie „explodieren“ ließen).
Was ist das Endergebnis?
Nun wird eine neue Phase der Materie mit geschaffenLaser, die eine Kette aus 10 Ytterbium-Ionen rhythmisch schwingen lassen, ermöglichen es Wissenschaftlern, Informationen viel fehlersicherer zu speichern. Dies wird bei der Entwicklung von Quantencomputern helfen, die Daten lange speichern, ohne sie zu verfälschen. Die Forscher skizzierten ihre Ergebnisse in einem Artikel, der am 20. Juli in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde.
Jetzt eine theoretische "zusätzliche" Zeitdimension einzubeziehen, ist eine völlig andere Art, über die Phasen der Materie nachzudenken.
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