Forskere sprengte atomer med en Fibonacci-laser for å skape en "ekstra" tidsdimensjon. Ny fase
Hvorfor er kvantemålinger unike?
Vanlige datamaskiner bruker bits (0 og 1) tildanne grunnlag for alle beregninger. Men kvantedatamaskiner er designet for å bruke qubits, som også kan eksistere i tilstand 0 eller 1. Men det er der likhetene slutter. Takket være de bisarre lovene i kvanteverdenen, kan qubits eksistere i en kombinasjon eller superposisjon av tilstander 0 og 1 til de blir målt, hvoretter de tilfeldig kollapser til enten 0 eller 1.
Denne merkelige oppførselen er nøkkelen til styrkekvanteberegning, fordi den lar qubits kommunisere med hverandre gjennom kvanteforviklinger. Den kobler to eller flere qubits til hverandre, og kobler på en slik måte at enhver endring i en partikkel vil forårsake en endring i den andre. Dette vil skje selv om de er adskilt med en enorm avstand. Så kvantedatamaskiner kan utføre flere beregninger samtidig, og øke deres datakraft eksponentielt sammenlignet med klassiske enheter.
Hva er problemet?
Utviklingen av kvantedatamaskiner hindres av enulempe: qubits samhandler ikke bare og blir viklet inn i hverandre. På grunn av det faktum at de ikke kan isoleres perfekt fra miljøet utenfor en kvantedatamaskin, samhandler de med det ytre miljøet. Som et resultat fører dette til tap av deres kvanteegenskaper og informasjonen de bærer i prosessen med dekoherens.
Kvantefysikk. Originalt offentlig domenebilde fra Wikimedia Commons
Forsidefoto: Berndthaller, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Med andre ord, selv om du holder alle atomene under tett kontroll, kan de miste "kvantestyrken", i samspill med miljøet, ikke i det hele tatt slik forskerne planla.
Det finnes en løsning
For å omgå effektene av fysikkdekoherensbrukte et spesielt sett med faser - topologisk. Kvanteforviklinger lar ikke bare kvanteenheter kode informasjon gjennom enkeltstående statiske posisjoner av qubits, men også å veve dem inn i de dynamiske bevegelsene og interaksjonene til alt materiale - i selve formen eller topologien til sammenfiltrede tilstander av materiale. Dette skaper en "topologisk" qubit som koder informasjon i en form dannet av flere deler i stedet for bare én. Dette reduserer sannsynligheten for å miste informasjon etter hvert.
Nøkkeltegnet på overgang fra en fase tilen annen er brudd på fysiske symmetrier - ideen om at fysikkens lover er de samme for et objekt når som helst i tid eller rom. Som en væske følger vannmolekyler de samme fysiske lovene når som helst i rommet og i alle retninger.
Men hvis du avkjøler vannet nok tilomgjort til is, vil molekylene velge de riktige punktene langs krystallstrukturen eller gitteret. Plutselig har vannmolekyler foretrukne punkter i rommet som de okkuperer, og etterlater andre tomme. Som et resultat brytes den romlige symmetrien til vann spontant. Dette inspirerte forskere til en ny topologisk fase inne i kvantedatamaskinen. En viktig forskjell er at i denne nye fasen brytes symmetri ikke i rom, men i tid.
Hvordan lage en ekstra dimensjon?
Fysikere hadde ikke tenkt å lage en fase medteoretisk tilleggsdimensjon av tid og lette ikke etter en metode som ville forbedre lagringen av kvantedata. I stedet ønsket de å skape en ny fase av materie, en form der materie kunne eksistere. Selvfølgelig, i tillegg til de vanlige - fast, flytende, gass og plasma.
I denne kvantedatamaskinen har fysikere skapten aldri tidligere sett fase av materie som oppfører seg som om tiden har to dimensjoner. Fasen kan bidra til å beskytte kvanteinformasjon fra ødeleggelse mye lenger enn eksisterende metoder. Foto: Quantinuum
De begynte å skape en ny faseQuantinuums H1 kvanteprosessor, som består av 10 ytterbiumioner i et vakuumkammer. Der styres de nøyaktig av lasere i en ionefelle. Ifølge planen, ved å gi hvert ion i kjeden et periodisk støt («eksplodere» dem) ved hjelp av lasere, ønsket fysikere å bryte kontinuerlig tidssymmetri.
Hva er bunnlinjen?
Nå, en ny fase av materie opprettet medlasere som rytmisk svinger en streng på 10 ytterbiumioner lar forskere lagre informasjon på en mye mer feilsikker måte. Dette vil hjelpe i utviklingen av kvantedatamaskiner som lagrer data i lang tid uten å forvrenge dem. Forskerne skisserte funnene sine i en artikkel publisert 20. juli i tidsskriftet Nature.
Å inkludere nå en teoretisk "ekstra" tidsdimensjon er en helt annen måte å tenke på materiens faser.
Les mer:
Rekordkoronal masseutkast ved Betelgeuse er 400 milliarder ganger større enn solen
Megalodon spiste et dyr på størrelse med en spekkhogger om gangen
Everest fant spor av DNA som ikke skulle være der