Znanstvenici su raznijeli atome Fibonaccijevim laserom kako bi stvorili "dodatnu" dimenziju vremena. Nova faza
Zašto su kvantna mjerenja jedinstvena?
Obična računala koriste bitove (0 i 1) zapredstavljaju osnovu za sve izračune. Ali kvantna računala dizajnirana su za korištenje kubita, koji također mogu postojati u stanju 0 ili 1. Ali tu sličnosti prestaju. Zahvaljujući bizarnim zakonima kvantnog svijeta, kubiti mogu postojati u kombinaciji ili superpoziciji stanja 0 i 1 dok se ne izmjere, nakon čega se nasumično kolabiraju u 0 ili 1.
Ovo čudno ponašanje je ključ snagekvantno računalstvo, jer omogućuje qubitima da međusobno komuniciraju kroz kvantnu isprepletenost. Povezuje dva ili više qubita jedan s drugim, povezujući se na takav način da svaka promjena u jednoj čestici uzrokuje promjenu u drugoj. To će se dogoditi čak i ako ih dijeli velika udaljenost. Dakle, kvantna računala mogu izvoditi višestruke izračune u isto vrijeme, eksponencijalno povećavajući svoju računalnu snagu u usporedbi s klasičnim uređajima.
U čemu je problem?
Razvoj kvantnih računala koči jedannedostatak: qubiti ne samo da međusobno djeluju i ne isprepliću se jedan s drugim. Zbog činjenice da se ne mogu savršeno izolirati od okoline izvan kvantnog računala, oni su u interakciji s vanjskom okolinom. Posljedično to dovodi do gubitka njihovih kvantnih svojstava i informacija koje nose u procesu dekoherencije.
Kvantna fizika. Izvorna slika iz javne domene s Wikimedia Commons
Naslovna fotografija: Berndthaller, CC BY-SA 4.0, putem Wikimedia Commons
Drugim riječima, čak i ako sve atome držite pod strogom kontrolom, oni mogu izgubiti svoju "kvantnost", u interakciji s okolinom, uopće ne onako kako su znanstvenici planirali.
Postoji rješenje
Da bi se zaobišli učinci dekoherencije fizikeupotrijebio poseban skup faza – topološki. Kvantna isprepletenost ne samo da dopušta kvantnim uređajima da kodiraju informacije kroz pojedinačne statične položaje kubita, već i da ih utkaju u dinamička kretanja i interakcije svih materijala – u samom obliku ili topologiji isprepletenih stanja materijala. Ovo stvara "topološki" qubit koji kodira informacije u obliku koji se sastoji od više dijelova, a ne samo jednog. Time se smanjuje vjerojatnost gubitka informacija po fazi.
Ključni znak prijelaza iz jedne faze udrugi je kršenje fizičke simetrije - ideja da su zakoni fizike isti za objekt u bilo kojoj točki vremena ili prostora. Kao tekućina, molekule vode slijede iste fizikalne zakone u bilo kojoj točki prostora iu svim smjerovima.
Ali ako dovoljno ohladite vodu dapretvoren u led, njegove će molekule izabrati prave točke duž kristalne strukture ili rešetke. Odjednom, molekule vode imaju preferirane točke u prostoru koje zauzimaju, ostavljajući druge prazne. Kao rezultat toga, prostorna simetrija vode se spontano prekida. To je inspiriralo znanstvenike na novu topološku fazu unutar kvantnog računala. Važna je razlika u tome što u ovoj novoj fazi simetrija nije narušena u prostoru, već u vremenu.
Kako stvoriti dodatnu dimenziju?
Fizičari nisu namjeravali stvoriti fazu steoretsku dodatnu dimenziju vremena i nije tražio metodu koja bi poboljšala pohranjivanje kvantnih podataka. Umjesto toga, htjeli su stvoriti novu fazu materije, oblik u kojem materija može postojati. Naravno, uz one standardne - čvrste, tekuće, plinovite i plazma.
U ovom kvantnom računalu, fizičari su stvorilinikad prije viđena faza materije koja se ponaša kao da vrijeme ima dvije dimenzije. Faza može pomoći u zaštiti kvantnih informacija od uništenja mnogo dulje od postojećih metoda. Fotografija: Quantinuum
Počeli su stvarati novu fazuQuantinuumov H1 kvantni procesor, koji se sastoji od 10 iterbijevih iona u vakuumskoj komori. Tamo ih precizno kontroliraju laseri u ionskoj zamci. Prema planu, dajući svakom ionu u lancu povremeni trzaj ("eksplodirajući" ga) uz pomoć lasera, fizičari su htjeli razbiti kontinuiranu vremensku simetriju.
Koji je zaključak?
Sada je stvorena nova faza materijelaseri koji ritmički njišu niz od 10 iterbijevih iona omogućuju znanstvenicima da pohranjuju informacije na način koji je mnogo sigurniji od pogrešaka. To će pomoći u razvoju kvantnih računala koja dugo pohranjuju podatke bez njihovog iskrivljavanja. Istraživači su svoja otkrića predstavili u radu objavljenom 20. srpnja u časopisu Nature.
Uključivanje teorijske "dodatne" vremenske dimenzije potpuno je drugačiji način razmišljanja o fazama materije.
Čitaj više:
Rekordno izbacivanje koronalne mase u Betelgeuseu je 400 milijardi puta veće od Sunca
Megalodon je odjednom pojeo životinju veličine kita ubojice
Everest je pronašao tragove DNK koji tamo ne bi trebali biti