Oamenii de știință au aruncat atomii cu un laser Fibonacci pentru a crea o dimensiune „extra” a timpului. Faza noua
De ce sunt unice măsurătorile cuantice?
Calculatoarele obișnuite folosesc biți (0 și 1) pentru aconstituie baza tuturor calculelor. Dar computerele cuantice sunt proiectate să folosească qubiți, care pot exista și în starea 0 sau 1. Dar aici se termină asemănările. Datorită legilor bizare ale lumii cuantice, qubiții pot exista într-o combinație sau suprapunere de stări 0 și 1 până când sunt măsurați, după care se prăbușesc aleatoriu fie în 0, fie în 1.
Acest comportament ciudat este cheia puteriicalculul cuantic, deoarece permite qubiților să comunice între ei prin întanglementarea cuantică. Leagă doi sau mai mulți qubiți unul cu celălalt, legându-se în așa fel încât orice modificare a unei particule va determina o schimbare în cealaltă. Acest lucru se va întâmpla chiar dacă sunt despărțiți de o distanță mare. Deci calculatoarele cuantice pot efectua mai multe calcule în același timp, crescând exponențial puterea lor de calcul în comparație cu dispozitivele clasice.
Care este problema?
Dezvoltarea calculatoarelor cuantice este împiedicată de unuldezavantaj: qubiții nu doar interacționează și se încurcă unul cu celălalt. Datorită faptului că nu pot fi izolate perfect de mediul din afara unui computer cuantic, ele interacționează cu mediul extern. Ca urmare, aceasta duce la pierderea proprietăților lor cuantice și a informațiilor pe care le transportă în procesul de decoerență.
Fizică cuantică. Imagine originală din domeniul public din Wikimedia Commons
Fotografie de copertă: Berndthaller, CC BY-SA 4.0, prin Wikimedia Commons
Cu alte cuvinte, chiar dacă țineți toți atomii sub control strict, aceștia își pot pierde „cuanticitatea”, interacționând cu mediul, deloc așa cum au planificat oamenii de știință.
Există o soluție
Pentru a ocoli efectele decoerenței fiziciia folosit un set special de faze – topologice. Încheierea cuantică nu numai că permite dispozitivelor cuantice să codifice informații prin poziții statice unice ale qubiților, ci și să le împletească în mișcările și interacțiunile dinamice ale întregului material - în însăși forma sau topologia stărilor încurcate ale materialului. Acest lucru creează un qubit „topologic” care codifică informații într-o formă formată din mai multe părți, mai degrabă decât doar una. Acest lucru reduce probabilitatea de a pierde informații în faza.
Semnul cheie al trecerii de la o fază lao alta este ruperea simetriilor fizice — ideea că legile fizicii sunt aceleași pentru un obiect în orice punct în timp sau spațiu. Ca lichid, moleculele de apă urmează aceleași legi fizice în orice punct din spațiu și în toate direcțiile.
Dar dacă răcești apa suficient pentru atransformată în gheață, moleculele sale vor alege punctele potrivite de-a lungul structurii cristaline sau rețelei. Dintr-o dată, moleculele de apă au preferat punctele din spațiu pe care le ocupă, lăsând pe altele goale. Ca urmare, simetria spațială a apei este ruptă spontan. Acest lucru i-a inspirat pe oamenii de știință la o nouă fază topologică în interiorul computerului cuantic. O diferență importantă este că în această nouă fază, simetria este ruptă nu în spațiu, ci în timp.
Cum se creează o dimensiune suplimentară?
Fizicienii nu intenționau să creeze o fază cudimensiunea suplimentară teoretică a timpului și nu a căutat o metodă care să îmbunătățească stocarea datelor cuantice. În schimb, au vrut să creeze o nouă fază a materiei, o formă în care materia ar putea exista. Desigur, pe lângă cele standard - solide, lichide, gazoase și plasmă.
În acest computer cuantic, fizicienii au creato fază a materiei nemaivăzută până acum, care se comportă de parcă timpul ar avea două dimensiuni. Faza poate ajuta la protejarea informațiilor cuantice de distrugere pentru mult mai mult timp decât metodele existente. Foto: Quantinuum
Au început să creeze o nouă fazăProcesorul cuantic H1 al lui Quantinuum, care constă din 10 ioni de yterbiu într-o cameră cu vid. Acolo sunt controlați cu precizie de lasere într-o capcană de ioni. Conform planului, dând fiecărui ion din lanț o zguduire periodică („explodând”) cu ajutorul laserelor, fizicienii au vrut să rupă simetria continuă a timpului.
Care este linia de jos?
Acum, o nouă fază de materie creată culaserele care balansează ritmic un șir de 10 ioni de yterbiu le permit oamenilor de știință să stocheze informații într-un mod mult mai rezistent la erori. Acest lucru va ajuta la dezvoltarea calculatoarelor cuantice care stochează date pentru o lungă perioadă de timp fără a le distorsiona. Cercetătorii și-au subliniat descoperirile într-o lucrare publicată pe 20 iulie în revista Nature.
Acum includerea unei dimensiuni teoretice de timp „extra” este un mod complet diferit de a gândi fazele materiei.
Citeste mai mult:
Ejecția record de masă coronală la Betelgeuse este de 400 de miliarde de ori mai mare decât soarele
Megalodon a mâncat un animal de mărimea unei balene ucigașe la un moment dat
Everest a găsit urme de ADN care nu ar trebui să fie acolo