Wetenschappers hebben atomen vernietigd met een Fibonacci-laser om een "extra" dimensie van tijd te creëren. Nieuwe fase
Waarom zijn kwantummetingen uniek?
Gewone computers gebruiken bits (0 en 1) omvormen de basis voor alle berekeningen. Maar kwantumcomputers zijn ontworpen om qubits te gebruiken, die ook in toestand 0 of 1 kunnen voorkomen. Maar daar houden de overeenkomsten op. Dankzij de bizarre wetten van de kwantumwereld kunnen qubits bestaan in een combinatie of superpositie van toestanden 0 en 1 totdat ze worden gemeten, waarna ze willekeurig instorten in 0 of 1.
Dit vreemde gedrag is de sleutel tot krachtkwantumcomputing, omdat het qubits in staat stelt om met elkaar te communiceren via kwantumverstrengeling. Het verbindt twee of meer qubits met elkaar, op zo'n manier dat elke verandering in het ene deeltje een verandering in het andere deeltje veroorzaakt. Dit zal zelfs gebeuren als ze over een grote afstand van elkaar verwijderd zijn. Dus kwantumcomputers kunnen meerdere berekeningen tegelijk uitvoeren, waardoor hun rekenkracht exponentieel toeneemt in vergelijking met klassieke apparaten.
Wat is het probleem?
De ontwikkeling van kwantumcomputers wordt belemmerd door éénnadeel: qubits hebben niet alleen interactie en raken met elkaar verstrikt. Omdat ze niet perfect kunnen worden geïsoleerd van de omgeving buiten een kwantumcomputer, interageren ze met de externe omgeving. Als gevolg hiervan leidt dit tot het verlies van hun kwantumeigenschappen en de informatie die ze dragen in het proces van decoherentie.
Kwantumfysica. Originele afbeelding uit het publieke domein van Wikimedia Commons
Omslagfoto: Berndthaller, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Met andere woorden, zelfs als je alle atomen onder strikte controle houdt, kunnen ze hun "kwantumiteit" verliezen, door interactie met de omgeving, helemaal niet zoals wetenschappers hadden gepland.
Er is een oplossing
Om de effecten van natuurkundige decoherentie te omzeilengebruikte een speciale reeks fasen - topologisch. Met kwantumverstrengeling kunnen kwantumapparaten niet alleen informatie coderen via enkele statische posities van qubits, maar ze kunnen ze ook weven in de dynamische bewegingen en interacties van al het materiaal - in de vorm of topologie van verstrengelde toestanden van materiaal. Dit creëert een "topologische" qubit die informatie codeert in een vorm die wordt gevormd door meerdere delen in plaats van slechts één. Dit vermindert de kans op het verliezen van informatie door de fase.
Het belangrijkste teken van de overgang van de ene fase naareen andere is het verbreken van fysieke symmetrieën - het idee dat de wetten van de natuurkunde op elk punt in de tijd of ruimte hetzelfde zijn voor een object. Als vloeistof volgen watermoleculen op elk punt in de ruimte en in alle richtingen dezelfde fysische wetten.
Maar als je het water voldoende afkoelt omveranderd in ijs, zullen de moleculen de juiste punten langs de kristalstructuur of het rooster kiezen. Plots hebben watermoleculen voorkeurspunten in de ruimte die ze innemen, terwijl andere leeg blijven. Hierdoor wordt de ruimtelijke symmetrie van water spontaan verbroken. Dit inspireerde wetenschappers tot een nieuwe topologische fase binnen de kwantumcomputer. Een belangrijk verschil is dat in deze nieuwe fase de symmetrie niet in de ruimte, maar in de tijd wordt verbroken.
Hoe een extra dimensie creëren?
Natuurkundigen waren niet van plan om een fase te creëren mettheoretische extra dimensie van tijd en zochten niet naar een methode die de opslag van kwantumgegevens zou verbeteren. In plaats daarvan wilden ze een nieuwe fase van materie creëren, een vorm waarin materie zou kunnen bestaan. Natuurlijk, naast de standaard - vast, vloeibaar, gas en plasma.
In deze kwantumcomputer hebben natuurkundigeneen nooit eerder vertoonde fase van materie die zich gedraagt alsof tijd twee dimensies heeft. De fase kan helpen om kwantuminformatie veel langer te beschermen tegen vernietiging dan bestaande methoden. Foto: Quantinum
Ze begonnen een nieuwe fase te creërenQuantinuum's H1-kwantumprocessor, die bestaat uit 10 ytterbium-ionen in een vacuümkamer. Daar worden ze nauwkeurig aangestuurd door lasers in een ionenval. Volgens het plan wilden natuurkundigen, door elk ion in de keten een periodieke schok te geven (“exploderen”) met behulp van lasers, de continue tijdsymmetrie doorbreken.
Waar komt het op neer?
Nu, een nieuwe fase van materie gecreëerd metlasers die ritmisch een reeks van 10 ytterbium-ionen zwaaien, stellen wetenschappers in staat om informatie op een veel foutlozere manier op te slaan. Dit zal helpen bij de ontwikkeling van kwantumcomputers die gegevens lange tijd opslaan zonder deze te vervormen. De onderzoekers schetsten hun bevindingen in een paper dat op 20 juli in het tijdschrift Nature werd gepubliceerd.
Het nu opnemen van een theoretische "extra" tijdsdimensie is een heel andere manier van denken over de fasen van materie.
Lees verder:
Record coronale massa-ejectie bij Betelgeuze is 400 miljard keer groter dan de zon
Megalodon at tegelijk een dier ter grootte van een orka
Everest vond sporen van DNA die er niet zouden moeten zijn