Tutkijat puhalsivat atomeja Fibonacci-lasereilla luodakseen "ylimääräisen" ajan ulottuvuuden. Uusi vaihe
Miksi kvantimittaukset ovat ainutlaatuisia?
Tavalliset tietokoneet käyttävät bittejä (0 ja 1).muodostavat perustan kaikille laskelmille. Mutta kvanttitietokoneet on suunniteltu käyttämään kubitteja, jotka voivat olla myös tilassa 0 tai 1. Mutta siihen yhtäläisyydet päättyvät. Kvanttimaailman omituisten lakien ansiosta kubitit voivat esiintyä tilojen 0 ja 1 yhdistelmänä tai superpositiossa, kunnes ne mitataan, minkä jälkeen ne putoavat satunnaisesti joko 0:ksi tai 1:ksi.
Tämä outo käytös on vahvuuden avainkvanttilaskentaa, koska sen avulla qubitit voivat kommunikoida toistensa kanssa kvanttisekoittumisen kautta. Se linkittää kaksi tai useampia kubitteja toisiinsa siten, että mikä tahansa muutos yhdessä hiukkasessa aiheuttaa muutoksen toisessa. Tämä tapahtuu, vaikka niitä erottaisi valtava etäisyys. Joten kvanttitietokoneet voivat suorittaa useita laskelmia samanaikaisesti, mikä lisää eksponentiaalisesti niiden laskentatehoa verrattuna klassisiin laitteisiin.
Mikä on ongelma?
Kvanttitietokoneiden kehitystä haittaa yksihaittapuoli: kubitit eivät vain ole vuorovaikutuksessa ja sotkeudu toisiinsa. Koska niitä ei voida täysin eristää kvanttitietokoneen ulkopuolisesta ympäristöstä, ne ovat vuorovaikutuksessa ulkoisen ympäristön kanssa. Tämän seurauksena tämä johtaa niiden kvanttiominaisuuksien ja niiden sisältämän tiedon menettämiseen dekoherenssiprosessissa.
Kvanttifysiikka. Alkuperäinen vapaasti käytettävissä oleva kuva Wikimedia Commonsista
Kansikuva: Berndthaller, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commonsin kautta
Toisin sanoen, vaikka kaikki atomit pidettäisiin tiukasti hallinnassa, ne voivat menettää "kvantiteettinsa", olla vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa, ei ollenkaan niin kuin tiedemiehet suunnittelivat.
On olemassa ratkaisu
Fysiikan dekoherenssin vaikutusten kiertäminenkäytetään erityistä vaihesarjaa - topologista. Kvanttikietoutuminen ei vain salli kvanttilaitteiden koodata tietoa yksittäisten kubittien staattisten paikkojen kautta, vaan myös yhdistää ne kaiken materiaalin dynaamisiin liikkeisiin ja vuorovaikutuksiin – materiaalin kietoutuneiden tilojen muodossa tai topologiassa. Tämä luo "topologisen" qubitin, joka koodaa tiedot muodossa, joka koostuu useista osista yhden sijaan. Tämä vähentää todennäköisyyttä, että tiedot menetetään vaiheittain.
Keskeinen merkki siirtymisestä vaiheesta toiseentoinen on fysikaalisten symmetrioiden rikkominen – ajatus siitä, että fysiikan lait ovat samat esineelle missä tahansa ajan tai tilan pisteessä. Nesteenä vesimolekyylit noudattavat samoja fysikaalisia lakeja missä tahansa avaruuden kohdassa ja kaikkiin suuntiin.
Mutta jos jäähdytät vettä tarpeeksijääksi, sen molekyylit valitsevat oikeat pisteet pitkin kiderakennetta tai hilaa. Yhtäkkiä vesimolekyyleillä on mieluummin avaruudessa sijaitsevia pisteitä, jolloin muut jäävät tyhjiksi. Tämän seurauksena veden avaruudellinen symmetria katkeaa spontaanisti. Tämä inspiroi tutkijoita uuteen topologiseen vaiheeseen kvanttitietokoneen sisällä. Tärkeä ero on, että tässä uudessa vaiheessa symmetria ei katkea avaruudessa, vaan ajassa.
Kuinka luoda lisäulottuvuus?
Fyysikot eivät aikoneet luoda vaihettateoreettinen lisäaika, eikä etsinyt menetelmää, joka parantaisi kvanttidatan tallennusta. Sen sijaan he halusivat luoda aineen uuden vaiheen, muodon, jossa aine voisi olla olemassa. Tietysti standardien lisäksi - kiinteä, nestemäinen, kaasu ja plasma.
Tässä kvanttitietokoneessa fyysikot ovat luoneetennennäkemätön aineen vaihe, joka käyttäytyy ikään kuin ajalla olisi kaksi ulottuvuutta. Vaihe voi auttaa suojaamaan kvanttiinformaatiota tuholta paljon pidempään kuin olemassa olevat menetelmät. Kuva: Quantinuum
He alkoivat luoda uutta vaihettaQuantinuumin H1-kvanttiprosessori, joka koostuu 10 ytterbium-ionista tyhjiökammiossa. Siellä niitä ohjataan tarkasti ioniloukussa olevilla lasereilla. Suunnitelman mukaan fyysikot halusivat rikkoa jatkuvan aikasymmetrian antamalla jokaiselle ketjun ionille jaksollisen tärähdyksen ("räjähtäen" ne) laserien avulla.
Mikä lopputulos on?
Nyt luotiin uusi aineen vaihelaserit, jotka heilauttavat rytmisesti 10 ytterbium-ionin sarjaa, antavat tutkijoille mahdollisuuden tallentaa tietoa paljon virheettömämmin. Tämä auttaa kehittämään kvanttitietokoneita, jotka tallentavat tietoja pitkään vääristämättä sitä. Tutkijat esittelivät havaintojaan 20. heinäkuuta Nature-lehdessä julkaistussa artikkelissa.
Nyt teoreettisen "ylimääräisen" aikaulottuvuuden sisällyttäminen on täysin erilainen tapa ajatella aineen vaiheita.
Lue lisää:
Ennätyskoronaalimassan ejektio Betelgeusessa on 400 miljardia kertaa suurempi kuin aurinko
Megalodon söi miekkavalan kokoisen eläimen kerrallaan
Everest löysi DNA-jälkiä, joita ei pitäisi olla siellä