Οι επιστήμονες εκτόξευσαν άτομα με λέιζερ Fibonacci για να δημιουργήσουν μια «επιπλέον» διάσταση του χρόνου. Νέα φάση
Γιατί οι κβαντικές μετρήσεις είναι μοναδικές;
Οι συνηθισμένοι υπολογιστές χρησιμοποιούν bit (0 και 1) για νααποτελούν τη βάση για όλους τους υπολογισμούς. Αλλά οι κβαντικοί υπολογιστές έχουν σχεδιαστεί για να χρησιμοποιούν qubits, τα οποία μπορούν επίσης να υπάρχουν στην κατάσταση 0 ή 1. Αλλά εκεί τελειώνουν οι ομοιότητες. Χάρη στους περίεργους νόμους του κβαντικού κόσμου, τα qubits μπορούν να υπάρχουν σε συνδυασμό ή υπέρθεση των καταστάσεων 0 και 1 μέχρι να μετρηθούν, μετά την οποία συμπτύσσονται τυχαία είτε στο 0 είτε στο 1.
Αυτή η παράξενη συμπεριφορά είναι το κλειδί της δύναμηςκβαντικός υπολογισμός, επειδή επιτρέπει στα qubits να επικοινωνούν μεταξύ τους μέσω της κβαντικής εμπλοκής. Συνδέει δύο ή περισσότερα qubits μεταξύ τους, συνδέοντας με τέτοιο τρόπο ώστε οποιαδήποτε αλλαγή σε ένα σωματίδιο θα προκαλέσει αλλαγή στο άλλο. Αυτό θα συμβεί ακόμα κι αν τους χωρίζει τεράστια απόσταση. Έτσι οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να εκτελούν πολλαπλούς υπολογισμούς ταυτόχρονα, αυξάνοντας την υπολογιστική τους ισχύ εκθετικά σε σύγκριση με τις κλασικές συσκευές.
Ποιο είναι το πρόβλημα?
Η ανάπτυξη των κβαντικών υπολογιστών παρεμποδίζεται από έναμειονέκτημα: τα qubits δεν αλληλεπιδρούν απλώς και μπλέκονται μεταξύ τους. Λόγω του γεγονότος ότι δεν μπορούν να απομονωθούν τέλεια από το περιβάλλον έξω από έναν κβαντικό υπολογιστή, αλληλεπιδρούν με το εξωτερικό περιβάλλον. Ως αποτέλεσμα, αυτό οδηγεί στην απώλεια των κβαντικών ιδιοτήτων τους και των πληροφοριών που μεταφέρουν στη διαδικασία της αποσυνοχής.
Κβαντική φυσική. Αρχική εικόνα δημόσιου τομέα από το Wikimedia Commons
Φωτογραφία εξωφύλλου: Berndthaller, CC BY-SA 4.0, μέσω Wikimedia Commons
Με άλλα λόγια, ακόμα κι αν κρατήσετε όλα τα άτομα υπό αυστηρό έλεγχο, μπορεί να χάσουν την «κβαντικότητά τους», αλληλεπιδρώντας με το περιβάλλον, καθόλου όπως σχεδίαζαν οι επιστήμονες.
Υπάρχει λύση
Για να παρακάμψουμε τις επιπτώσεις της φυσικής αποσυνοχήςχρησιμοποίησε ένα ειδικό σύνολο φάσεων - τοπολογικό. Η κβαντική εμπλοκή όχι μόνο επιτρέπει στις κβαντικές συσκευές να κωδικοποιούν πληροφορίες μέσω μεμονωμένων στατικών θέσεων qubits, αλλά και να τις υφαίνουν στις δυναμικές κινήσεις και τις αλληλεπιδράσεις όλου του υλικού - στην ίδια τη μορφή ή την τοπολογία των εμπλεκόμενων καταστάσεων του υλικού. Αυτό δημιουργεί ένα "τοπολογικό" qubit που κωδικοποιεί πληροφορίες σε μια μορφή που σχηματίζεται από πολλαπλά μέρη και όχι μόνο από ένα. Αυτό μειώνει την πιθανότητα απώλειας πληροφοριών ανά φάση.
Το βασικό σημάδι της μετάβασης από μια φάση σεένα άλλο είναι το σπάσιμο των φυσικών συμμετριών — η ιδέα ότι οι νόμοι της φυσικής είναι οι ίδιοι για ένα αντικείμενο σε οποιοδήποτε σημείο στο χρόνο ή στο χώρο. Ως υγρό, τα μόρια του νερού ακολουθούν τους ίδιους φυσικούς νόμους σε οποιοδήποτε σημείο του χώρου και προς όλες τις κατευθύνσεις.
Αν όμως κρυώσετε το νερό αρκετά για ναμετατραπεί σε πάγο, τα μόριά του θα επιλέξουν τα σωστά σημεία κατά μήκος της κρυσταλλικής δομής ή του πλέγματος. Ξαφνικά, τα μόρια του νερού έχουν προτιμήσει σημεία στο χώρο που καταλαμβάνουν, αφήνοντας άλλα άδεια. Ως αποτέλεσμα, η χωρική συμμετρία του νερού σπάει αυθόρμητα. Αυτό ενέπνευσε τους επιστήμονες σε μια νέα τοπολογική φάση μέσα στον κβαντικό υπολογιστή. Μια σημαντική διαφορά είναι ότι σε αυτή τη νέα φάση, η συμμετρία σπάει όχι στο χώρο, αλλά στο χρόνο.
Πώς να δημιουργήσετε μια πρόσθετη διάσταση;
Οι φυσικοί δεν σκόπευαν να δημιουργήσουν φάση μεθεωρητική πρόσθετη διάσταση του χρόνου και δεν αναζήτησε μέθοδο που θα βελτίωνε την αποθήκευση κβαντικών δεδομένων. Αντίθετα, ήθελαν να δημιουργήσουν μια νέα φάση της ύλης, μια μορφή στην οποία η ύλη θα μπορούσε να υπάρχει. Φυσικά, εκτός από τα τυπικά - στερεά, υγρά, αέρια και πλάσμα.
Σε αυτόν τον κβαντικό υπολογιστή, οι φυσικοί έχουν δημιουργήσειμια πρωτόγνωρη φάση της ύλης που συμπεριφέρεται σαν ο χρόνος να έχει δύο διαστάσεις. Η φάση μπορεί να βοηθήσει στην προστασία των κβαντικών πληροφοριών από την καταστροφή για πολύ περισσότερο από τις υπάρχουσες μεθόδους. Φωτογραφία: Quantinuum
Άρχισαν να δημιουργούν μια νέα φάσηΟ κβαντικός επεξεργαστής H1 της Quantinuum, ο οποίος αποτελείται από 10 ιόντα υττερβίου σε θάλαμο κενού. Εκεί ελέγχονται με ακρίβεια από λέιζερ σε παγίδα ιόντων. Σύμφωνα με το σχέδιο, δίνοντας σε κάθε ιόν της αλυσίδας ένα περιοδικό τράνταγμα («έκρηξη» τους) με τη βοήθεια λέιζερ, οι φυσικοί ήθελαν να σπάσουν τη συνεχή χρονική συμμετρία.
Ποια είναι η κατώτατη γραμμή;
Τώρα, μια νέα φάση της ύλης δημιουργήθηκε μεΤα λέιζερ που ταλαντεύουν ρυθμικά μια σειρά από 10 ιόντα υττερβίου επιτρέπουν στους επιστήμονες να αποθηκεύουν πληροφορίες με έναν πολύ πιο ασφαλή τρόπο. Αυτό θα βοηθήσει στην ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστών που αποθηκεύουν δεδομένα για μεγάλο χρονικό διάστημα χωρίς να τα παραμορφώνουν. Οι ερευνητές περιέγραψαν τα ευρήματά τους σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε στις 20 Ιουλίου στο περιοδικό Nature.
Τώρα η συμπερίληψη μιας θεωρητικής «επιπλέον» χρονικής διάστασης είναι ένας εντελώς διαφορετικός τρόπος σκέψης για τις φάσεις της ύλης.
Διαβάστε περισσότερα:
Η ρεκόρ στεφανιαίας εκτόξευσης μάζας στο Betelgeuse είναι 400 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τον ήλιο
Ο Megalodon έτρωγε ένα ζώο στο μέγεθος μιας φάλαινας δολοφόνου κάθε φορά
Το Έβερεστ βρήκε ίχνη DNA που δεν έπρεπε να υπάρχουν