Mokslininkai susprogdino atomus Fibonačio lazeriu, kad sukurtų „papildomą“ laiko matmenį. Naujas etapas
Kodėl kvantiniai matavimai yra unikalūs?
Įprasti kompiuteriai naudoja bitus (0 ir 1).yra visų skaičiavimų pagrindas. Tačiau kvantiniai kompiuteriai skirti naudoti kubitus, kurie taip pat gali egzistuoti 0 arba 1 būsenoje. Tačiau tuo panašumai ir baigiasi. Dėl keistų kvantinio pasaulio dėsnių kubitai gali egzistuoti 0 ir 1 būsenų derinyje arba superpozicijoje tol, kol jie bus išmatuoti, o po to atsitiktinai suyra į 0 arba 1.
Šis keistas elgesys yra stiprybės raktaskvantinis skaičiavimas, nes leidžia kubitams bendrauti tarpusavyje per kvantinį susipynimą. Jis susieja du ar daugiau kubitų vienas su kitu, susiejant taip, kad bet koks vienos dalelės pasikeitimas sukels pasikeitimą kitoje. Taip atsitiks net jei juos skiria didžiulis atstumas. Taigi kvantiniai kompiuteriai gali vienu metu atlikti kelis skaičiavimus, eksponentiškai padidindami savo skaičiavimo galią, palyginti su klasikiniais įrenginiais.
Kokia problema?
Kvantinių kompiuterių plėtrai trukdo vienastrūkumas: kubitai ne tik bendrauja ir susipainioja vienas su kitu. Dėl to, kad jie negali būti puikiai izoliuoti nuo aplinkos už kvantinio kompiuterio ribų, jie sąveikauja su išorine aplinka. Dėl to prarandamos jų kvantinės savybės ir informacija, kurią jie neša dekoherencijos procese.
Kvantinė fizika. Originalus viešojo domeno vaizdas iš Wikimedia Commons
Viršelio nuotrauka: Berndthaller, CC BY-SA 4.0, per Wikimedia Commons
Kitaip tariant, net jei jūs griežtai kontroliuojate visus atomus, jie gali prarasti savo „kvantiškumą“, sąveikaudami su aplinka visai ne taip, kaip planavo mokslininkai.
Yra sprendimas
Norėdami apeiti fizikos dekoherencijos poveikįnaudojo specialų fazių rinkinį – topologinį. Kvantinis įsipainiojimas leidžia kvantiniams įrenginiams ne tik užkoduoti informaciją per atskiras statines kubitų padėtis, bet ir įtraukti juos į dinaminius visos medžiagos judesius ir sąveikas – pačiame medžiagos įsipainiojusių būsenų pavidalu arba topologijoje. Taip sukuriamas „topologinis“ kubitas, kuris koduoja informaciją forma, sudaryta iš kelių dalių, o ne tik iš vienos. Tai sumažina informacijos praradimo tikimybę pagal fazę.
Pagrindinis perėjimo iš vienos fazės į požymiskitas yra fizinių simetrijų laužymas – mintis, kad fizikos dėsniai yra vienodi objektui bet kuriuo laiko ar erdvės tašku. Kaip skystis, vandens molekulės laikosi tų pačių fizikinių dėsnių bet kuriame erdvės taške ir visomis kryptimis.
Bet jei pakankamai atvėsinate vandenį, kadvirsta ledu, jo molekulės parinks tinkamus taškus išilgai kristalinės struktūros arba gardelės. Staiga vandens molekulės pirmenybę teikia tiems erdvės taškams, kuriuos jos užima, todėl kiti lieka tušti. Dėl to spontaniškai pažeidžiama erdvinė vandens simetrija. Tai įkvėpė mokslininkus naujai topologinei fazei kvantinio kompiuterio viduje. Svarbus skirtumas yra tas, kad šioje naujoje fazėje simetrija laužoma ne erdvėje, o laike.
Kaip sukurti papildomą dimensiją?
Fizikai neketino sukurti fazės suteorinę papildomą laiko dimensiją ir neieškojo metodo, kuris pagerintų kvantinių duomenų saugojimą. Vietoj to jie norėjo sukurti naują materijos fazę, formą, kurioje materija galėtų egzistuoti. Žinoma, be standartinių – kietųjų, skystųjų, dujinių ir plazminių.
Šiame kvantiniame kompiuteryje fizikai sukūrėniekad nematyta materijos fazė, kuri elgiasi taip, tarsi laikas turėtų dvi dimensijas. Fazė gali padėti apsaugoti kvantinę informaciją nuo sunaikinimo daug ilgiau nei esami metodai. Nuotrauka: Quantinuum
Jie pradėjo kurti naują etapąQuantinuum H1 kvantinis procesorius, kurį sudaro 10 iterbio jonų vakuuminėje kameroje. Ten jie tiksliai valdomi lazeriais jonų gaudyklėje. Pagal planą, kiekvieną grandinės joną periodiškai sujudindami („sprogdindami“) lazerių pagalba, fizikai norėjo sulaužyti nuolatinę laiko simetriją.
Kokia esmė?
Dabar sukurtas naujas materijos etapas sulazeriai, ritmiškai siūbuojantys 10 iterbio jonų eilutę, leidžia mokslininkams saugoti informaciją daug patikimesniu būdu. Tai padės sukurti kvantinius kompiuterius, kurie ilgą laiką saugo duomenis jų neiškraipydami. Tyrėjai išdėstė savo išvadas dokumente, paskelbtame liepos 20 d. žurnale Nature.
Dabar teorinės „papildomos“ laiko dimensijos įtraukimas yra visiškai kitoks mąstymo apie materijos fazes būdas.
Skaityti daugiau:
Rekordinis vainikinės masės išmetimas Betelgeuse yra 400 milijardų kartų didesnis už saulę
Megalodonas vienu metu suvalgė banginio žudiko dydžio gyvūną
Everestas aptiko DNR pėdsakų, kurių ten neturėtų būti