Naukowcy wysadzili atomy laserem Fibonacciego, aby stworzyć „dodatkowy” wymiar czasu. Nowa faza
Dlaczego pomiary kwantowe są wyjątkowe?
Zwykłe komputery używają bitów (0 i 1) dostanowią podstawę wszystkich obliczeń. Ale komputery kwantowe są zaprojektowane do używania kubitów, które mogą również istnieć w stanie 0 lub 1. Na tym podobieństwa się kończą. Dzięki dziwacznym prawom świata kwantowego kubity mogą istnieć w kombinacji lub superpozycji stanów 0 i 1, dopóki nie zostaną zmierzone, po czym losowo zapadają się do 0 lub 1.
To dziwne zachowanie jest kluczem do siłyobliczenia kwantowe, ponieważ pozwalają kubitom komunikować się ze sobą poprzez splątanie kwantowe. Łączy ze sobą dwa lub więcej kubitów, łącząc się w taki sposób, że każda zmiana w jednej cząstce spowoduje zmianę w drugiej. Stanie się tak, nawet jeśli dzieli ich ogromna odległość. Dzięki temu komputery kwantowe mogą wykonywać wiele obliczeń jednocześnie, zwiększając wykładniczo swoją moc obliczeniową w porównaniu z klasycznymi urządzeniami.
Jaki jest problem?
Rozwój komputerów kwantowych jest utrudniony przez jedenWada: kubity nie tylko wchodzą w interakcje i wikłają się ze sobą. Ze względu na to, że nie można ich idealnie odizolować od otoczenia poza komputerem kwantowym, wchodzą w interakcję ze środowiskiem zewnętrznym. W efekcie prowadzi to do utraty ich właściwości kwantowych i informacji, które niosą w procesie dekoherencji.
Fizyka kwantowa. Oryginalny obraz należący do domeny publicznej z Wikimedia Commons
Zdjęcie na okładce: Berndthaller, CC BY-SA 4.0, za pośrednictwem Wikimedia Commons
Innymi słowy, nawet jeśli trzymasz wszystkie atomy pod ścisłą kontrolą, mogą one stracić swoją „kwantowość”, wchodząc w interakcję ze środowiskiem, zupełnie nie tak, jak planowali naukowcy.
Jest rozwiązanie
Aby obejść skutki dekoherencji fizykizastosował specjalny zestaw faz - topologiczny. Splątanie kwantowe nie tylko pozwala urządzeniom kwantowym kodować informacje za pomocą pojedynczych statycznych pozycji kubitów, ale także wplatać je w dynamiczne ruchy i interakcje całego materiału — w samej formie lub topologii splątanych stanów materiału. W ten sposób powstaje „topologiczny” kubit, który koduje informacje w formie utworzonej z wielu części, a nie tylko z jednej. Zmniejsza to prawdopodobieństwo utraty informacji przez fazę.
Kluczowy znak przejścia z jednej fazy doinnym jest łamanie symetrii fizycznych — idea, że prawa fizyki są takie same dla obiektu w dowolnym punkcie czasu i przestrzeni. Jako ciecz cząsteczki wody podlegają tym samym prawom fizycznym w dowolnym punkcie przestrzeni i we wszystkich kierunkach.
Ale jeśli ochłodzisz wodę na tyle, abyzamienione w lód, jego cząsteczki wybiorą odpowiednie punkty wzdłuż struktury krystalicznej lub sieci. Nagle cząsteczki wody mają preferowane punkty w przestrzeni, które zajmują, pozostawiając inne puste. W efekcie przestrzenna symetria wody zostaje spontanicznie złamana. To zainspirowało naukowców do nowej fazy topologicznej wewnątrz komputera kwantowego. Ważną różnicą jest to, że w tej nowej fazie symetria zostaje złamana nie w przestrzeni, ale w czasie.
Jak stworzyć dodatkowy wymiar?
Fizycy nie zamierzali tworzyć fazy zteoretycznego dodatkowego wymiaru czasu i nie szukali metody, która poprawiłaby przechowywanie danych kwantowych. Zamiast tego chcieli stworzyć nową fazę materii, formę, w której materia mogłaby istnieć. Oczywiście oprócz standardowych – stałych, ciekłych, gazowych i plazmowych.
W tym komputerze kwantowym fizycy stworzylinigdy wcześniej nie widziana faza materii, która zachowuje się tak, jakby czas miał dwa wymiary. Faza może pomóc w ochronie informacji kwantowych przed zniszczeniem znacznie dłużej niż istniejące metody. Zdjęcie: Quantinuum
Zaczęli tworzyć nową fazęProcesor kwantowy H1 firmy Quantinuum, który składa się z 10 jonów iterbu w komorze próżniowej. Tam są one precyzyjnie kontrolowane przez lasery w pułapce jonowej. Zgodnie z planem, poddając każdy jon w łańcuchu okresowym wstrząsom („eksplodując” go) za pomocą laserów, fizycy chcieli przełamać ciągłą symetrię czasu.
Jaki jest wynik finansowy?
Teraz nowa faza materii stworzona za pomocąlasery, które rytmicznie wymachują łańcuchem 10 jonów iterbu, umożliwiają naukowcom przechowywanie informacji w znacznie bardziej odporny na błędy sposób. Pomoże to w rozwoju komputerów kwantowych, które przechowują dane przez długi czas bez ich zniekształcania. Naukowcy przedstawili swoje odkrycia w artykule opublikowanym 20 lipca w czasopiśmie Nature.
Teraz uwzględnienie teoretycznego „dodatkowego” wymiaru czasu to zupełnie inny sposób myślenia o fazach materii.
Czytaj więcej:
Rekordowy koronalny wyrzut masy w Betelgeuse jest 400 miliardów razy większy niż Słońce
Megalodon zjadał jednorazowo zwierzę wielkości orki
Everest znalazł ślady DNA, których nie powinno tam być