Zinātnieki uzspridzināja atomus ar Fibonači lāzeru, lai izveidotu "papildu" laika dimensiju. Jauns posms
Kāpēc kvantu mērījumi ir unikāli?
Parastie datori izmanto bitus (0 un 1), laiveido visu aprēķinu pamatu. Bet kvantu datori ir paredzēti, lai izmantotu kubitus, kas var pastāvēt arī stāvoklī 0 vai 1. Bet ar to līdzības beidzas. Pateicoties dīvainajiem kvantu pasaules likumiem, kubiti var pastāvēt stāvokļu 0 un 1 kombinācijā vai superpozīcijā, līdz tie tiek izmērīti, pēc tam tie nejauši sabrūk 0 vai 1.
Šī dīvainā uzvedība ir spēka atslēgakvantu skaitļošana, jo tā ļauj kubitiem sazināties vienam ar otru, izmantojot kvantu sapīšanu. Tas saista divus vai vairākus kubitus savā starpā, savienojot tā, ka jebkuras izmaiņas vienā daļiņā izraisīs izmaiņas citā. Tas notiks pat tad, ja tos šķirs milzīgs attālums. Tātad kvantu datori var veikt vairākus aprēķinus vienlaikus, eksponenciāli palielinot to skaitļošanas jaudu salīdzinājumā ar klasiskajām ierīcēm.
Kāda ir problēma?
Kvantu datoru attīstību kavē vienstrūkums: kubiti ne tikai mijiedarbojas un sapinās viens ar otru. Sakarā ar to, ka tos nevar lieliski izolēt no vides ārpus kvantu datora, tie mijiedarbojas ar ārējo vidi. Tā rezultātā tiek zaudētas to kvantu īpašības un informācija, ko tie nes dekoherences procesā.
Kvantu fizika. Oriģināls publiskā domēna attēls no Wikimedia Commons
Vāka fotoattēls: Berndthaller, CC BY-SA 4.0, izmantojot Wikimedia Commons
Citiem vārdiem sakot, pat ja jūs stingri kontrolējat visus atomus, tie var zaudēt savu "kvantitāti", mijiedarbojoties ar vidi, nepavisam ne tā, kā zinātnieki plānoja.
Ir risinājums
Lai apietu fizikas dekoherences ietekmiizmantoja īpašu fāžu komplektu - topoloģisko. Kvantu sapīšanās ne tikai ļauj kvantu ierīcēm kodēt informāciju, izmantojot atsevišķas statiskas kubitu pozīcijas, bet arī iepīt tos visa materiāla dinamiskajās kustībās un mijiedarbībās — pašā sapīto materiāla stāvokļu formā vai topoloģijā. Tādējādi tiek izveidots "topoloģisks" kubits, kas kodē informāciju formā, kas sastāv no vairākām daļām, nevis tikai vienas. Tas samazina informācijas zaudēšanas iespējamību pa fāzēm.
Galvenā zīme pārejai no vienas fāzes uzotrs ir fizikālo simetriju pārkāpšana — ideja, ka fizikas likumi objektam ir vienādi jebkurā laika vai telpas punktā. Kā šķidrums ūdens molekulas ievēro vienus un tos pašus fizikālos likumus jebkurā telpas punktā un visos virzienos.
Bet, ja jūs pietiekami atdzesē ūdeni, laipārvērtusies ledū, tā molekulas izvēlēsies pareizos punktus gar kristāla struktūru jeb režģi. Pēkšņi ūdens molekulas ir devušas priekšroku punktiem telpā, ko tās aizņem, atstājot citus tukšus. Rezultātā ūdens telpiskā simetrija tiek spontāni salauzta. Tas iedvesmoja zinātniekus uz jaunu topoloģisko fāzi kvantu datora iekšienē. Būtiska atšķirība ir tā, ka šajā jaunajā fāzē simetrija tiek lauzta nevis telpā, bet gan laikā.
Kā izveidot papildu dimensiju?
Fiziķi nedomāja izveidot fāzi arteorētisko papildu laika dimensiju un nemeklēja metodi, kas uzlabotu kvantu datu uzglabāšanu. Tā vietā viņi vēlējās radīt jaunu matērijas fāzi, formu, kurā matērija varētu pastāvēt. Protams, papildus standarta - cietās, šķidrās, gāzes un plazmas.
Šajā kvantu datorā fiziķi ir radījušinekad iepriekš neredzēta matērijas fāze, kas uzvedas tā, it kā laikam būtu divas dimensijas. Fāze var palīdzēt aizsargāt kvantu informāciju no iznīcināšanas daudz ilgāk nekā esošās metodes. Foto: Quantinuum
Viņi sāka veidot jaunu posmuQuantinuum's H1 kvantu procesors, kas sastāv no 10 iterbija joniem vakuuma kamerā. Tur tos precīzi kontrolē lāzeri jonu slazdā. Saskaņā ar plānu, ar lāzeru palīdzību sniedzot katram ķēdes jonam periodisku grūdienu (“uzsprāgšanu”), fiziķi vēlējās izjaukt nepārtrauktu laika simetriju.
Kāda ir apakšējā līnija?
Tagad jauns matērijas posms izveidots arlāzeri, kas ritmiski šūpo 10 iterbija jonu virkni, ļauj zinātniekiem uzglabāt informāciju daudz drošākā veidā. Tas palīdzēs izstrādāt kvantu datorus, kas glabā datus ilgu laiku, tos neizkropļojot. Pētnieki izklāstīja savus atklājumus rakstā, kas publicēts 20. jūlijā žurnālā Nature.
Tagad teorētiskās "papildu" laika dimensijas iekļaušana ir pilnīgi atšķirīgs domāšanas veids par matērijas fāzēm.
Lasīt vairāk:
Rekordiskā koronālās masas izmešana Betelgeuse ir 400 miljardus reižu lielāka nekā Saule
Megalodons vienā reizē ēda dzīvnieku zobenvaļa lielumā
Everests atrada DNS pēdas, kurām tur nevajadzētu būt