Vedci odpálili atómy Fibonacciho laserom, aby vytvorili „extra“ dimenziu času. Nová fáza
Prečo sú kvantové merania jedinečné?
Bežné počítače používajú bity (0 a 1).tvoria základ pre všetky výpočty. Ale kvantové počítače sú navrhnuté tak, aby používali qubity, ktoré môžu existovať aj v stave 0 alebo 1. Ale tu sa podobnosti končia. Vďaka bizarným zákonom kvantového sveta môžu qubity existovať v kombinácii alebo superpozícii stavov 0 a 1, kým nie sú zmerané, a potom sa náhodne zrútia do 0 alebo 1.
Toto zvláštne správanie je kľúčom k silekvantové počítanie, pretože umožňuje qubitom navzájom komunikovať prostredníctvom kvantového zapletenia. Spája dva alebo viac qubitov navzájom, pričom sa spája takým spôsobom, že akákoľvek zmena v jednej častici spôsobí zmenu v druhej častici. Stane sa tak, aj keď ich od seba delí obrovská vzdialenosť. Takže kvantové počítače môžu vykonávať viacero výpočtov súčasne, čím sa ich výpočtový výkon v porovnaní s klasickými zariadeniami zvyšuje exponenciálne.
Aký je problém?
Rozvoju kvantových počítačov bráni jedennevýhoda: qubity nielen interagujú a zapletajú sa do seba. Vzhľadom na to, že ich nemožno dokonale izolovať od prostredia mimo kvantového počítača, interagujú s vonkajším prostredím. V dôsledku toho to vedie k strate ich kvantových vlastností a informácií, ktoré nesú v procese dekoherencie.
Kvantová fyzika. Pôvodný obrázok verejnej domény z Wikimedia Commons
Titulná fotografia: Berndthaller, CC BY-SA 4.0, prostredníctvom Wikimedia Commons
Inými slovami, aj keď budete mať všetky atómy pod prísnou kontrolou, môžu stratiť svoju „kvantovosť“, interakciu s prostredím, vôbec nie tak, ako vedci plánovali.
Existuje riešenie
Obísť účinky fyzikálnej dekoherencievyužíval špeciálny súbor fáz – topologický. Kvantové previazanie nielenže umožňuje kvantovým zariadeniam kódovať informácie prostredníctvom jednotlivých statických pozícií qubitov, ale tiež ich vkladať do dynamických pohybov a interakcií všetkého materiálu – v samotnej forme alebo topológii zapletených stavov materiálu. To vytvára „topologický“ qubit, ktorý kóduje informácie vo forme tvorenej viacerými časťami, a nie iba jednou. To znižuje pravdepodobnosť straty informácií o fázu.
Kľúčovým znakom prechodu z jednej fázy doďalším je narušenie fyzikálnych symetrií – myšlienka, že fyzikálne zákony sú rovnaké pre objekt v akomkoľvek bode v čase alebo priestore. Ako kvapalina sa molekuly vody riadia rovnakými fyzikálnymi zákonmi v akomkoľvek bode priestoru a vo všetkých smeroch.
Ale ak dostatočne ochladíte voduzmení na ľad, jeho molekuly si vyberú správne body pozdĺž kryštálovej štruktúry alebo mriežky. Zrazu majú molekuly vody preferované body v priestore, ktoré obsadzujú, a ostatné zostávajú prázdne. V dôsledku toho sa priestorová symetria vody spontánne naruší. To inšpirovalo vedcov k novej topologickej fáze vo vnútri kvantového počítača. Dôležitým rozdielom je, že v tejto novej fáze sa symetria narúša nie v priestore, ale v čase.
Ako vytvoriť ďalší rozmer?
Fyzici nemali v úmysle vytvoriť fázu steoretický dodatočný rozmer času a nehľadali metódu, ktorá by zlepšila ukladanie kvantových dát. Namiesto toho chceli vytvoriť novú fázu hmoty, formu, v ktorej by hmota mohla existovať. Samozrejme okrem tých štandardných – pevných, kvapalných, plynných a plazmových.
V tomto kvantovom počítači fyzici vytvorilinikdy predtým nevidená fáza hmoty, ktorá sa správa tak, akoby mal čas dva rozmery. Fáza môže pomôcť chrániť kvantové informácie pred zničením oveľa dlhšie ako existujúce metódy. Foto: Quantinuum
Začali vytvárať novú fázuKvantový procesor Quantinuum H1, ktorý pozostáva z 10 iónov ytterbia vo vákuovej komore. Tam sú presne kontrolované lasermi v iónovej pasci. Podľa plánu chceli fyzici prelomiť spojitú časovú symetriu tým, že každý ión v reťazci periodicky otriasli („vybuchovali“ ich) pomocou laserov.
Čo je spodnom riadku?
Teraz, nová fáza hmoty vytvorená slasery, ktoré rytmicky otáčajú reťazcom 10 iónov ytterbia, umožňujú vedcom ukladať informácie oveľa odolnejším spôsobom. To pomôže pri vývoji kvantových počítačov, ktoré uchovávajú dáta na dlhú dobu bez toho, aby ich skresľovali. Vedci načrtli svoje zistenia v článku publikovanom 20. júla v časopise Nature.
Teraz vrátane teoretickej „extra“ časovej dimenzie je úplne iný spôsob uvažovania o fázach hmoty.
Čítaj viac:
Rekordný výron koronálnej hmoty v Betelgeuse je 400 miliárd krát väčší ako Slnko
Megalodon zožral naraz zviera veľkosti kosatky
Everest našiel stopy DNA, ktoré by tam nemali byť