Forskare sprängde atomer med en Fibonacci-laser för att skapa en "extra" dimension av tid. Ny fas
Varför är kvantmätningar unika?
Vanliga datorer använder bitar (0 och 1) för attligga till grund för alla beräkningar. Men kvantdatorer är designade för att använda qubits, som också kan finnas i tillstånd 0 eller 1. Men det är där likheterna slutar. Tack vare kvantvärldens bisarra lagar kan qubits existera i en kombination eller överlagring av tillstånd 0 och 1 tills de mäts, varefter de slumpmässigt kollapsar till antingen 0 eller 1.
Detta konstiga beteende är nyckeln till styrkaquantum computing, eftersom det tillåter qubits att kommunicera med varandra genom quantum entanglement. Den länkar två eller flera qubits till varandra, länkar på ett sådant sätt att varje förändring i en partikel kommer att orsaka en förändring i den andra. Detta kommer att hända även om de är åtskilda av ett stort avstånd. Så kvantdatorer kan utföra flera beräkningar samtidigt, vilket exponentiellt ökar deras beräkningskraft jämfört med klassiska enheter.
Vad är problemet?
Utvecklingen av kvantdatorer hindras av ennackdel: qubits interagerar inte bara och trasslar in sig med varandra. På grund av det faktum att de inte kan isoleras perfekt från miljön utanför en kvantdator interagerar de med den yttre miljön. Som ett resultat leder detta till förlust av deras kvantegenskaper och den information de bär i processen för dekoherens.
Kvantfysik. Ursprunglig public domain-bild från Wikimedia Commons
Omslagsfoto: Berndthaller, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Med andra ord, även om du håller alla atomer under sträng kontroll, kan de förlora sin "kvantitet", interagera med miljön, inte alls som forskarna planerat.
Det finns en lösning
Att kringgå effekterna av fysikens dekoherensanvände en speciell uppsättning faser - topologiska. Kvantentanglement tillåter inte bara kvantenheter att koda information genom enstaka statiska positioner av qubits, utan också att väva in dem i de dynamiska rörelserna och interaktionerna av allt material - i själva formen eller topologin av intrasslade materialtillstånd. Detta skapar en "topologisk" qubit som kodar information i en form som består av flera delar snarare än bara en. Detta minskar sannolikheten för att förlora information i fasen.
Ett viktigt tecken på övergången från en fas till en annan är brytandet av fysiska symmetrier – idén att fysikens lagar är desamma för ett objekt hela tidenLiksom en vätska följer vattenmolekyler samma fysikaliska lagar vid varje punkt i rymden och i alla riktningar.
Men om du kyler vattnet tillräckligt för attförvandlas till is, kommer dess molekyler att välja rätt punkter längs kristallstrukturen eller gittret. Helt plötsligt har vattenmolekyler föredragna punkter i rymden som de upptar och lämnar andra tomma. Som ett resultat bryts den rumsliga symmetrin av vatten spontant. Detta inspirerade forskare till en ny topologisk fas inuti kvantdatorn. En viktig skillnad är att i denna nya fas bryts symmetri inte i rymden, utan i tiden.
Hur skapar man en extra dimension?
Fysiker hade inte för avsikt att skapa en fas medteoretisk ytterligare dimension av tid och letade inte efter en metod som skulle förbättra lagringen av kvantdata. Istället ville man skapa en ny fas av materia, en form i vilken materia kunde existera. Naturligtvis, förutom de vanliga - fast, flytande, gas och plasma.
I denna kvantdator har fysiker skapaten aldrig tidigare skådad fas av materia som beter sig som om tiden har två dimensioner. Fasen kan hjälpa till att skydda kvantinformation från förstörelse mycket längre än befintliga metoder. Foto: Quantinuum
De har inlett en ny fas av Quantinuums H1-kvantprocessor , som består avav 10 ytterbiumjoner i en vakuumkammare, där de styrs exakt av lasrar i en jonfälla. Enligt planen ville fysikerna bryta den kontinuerliga tidssymmetrin genom att ge varje jon i kedjan en periodisk knuff ("explodera" dem) med lasrar.
Vad är slutresultatet?
Nu skapas en ny fas av materia medlasrar som rytmiskt svänger en sträng med 10 ytterbiumjoner gör det möjligt för forskare att lagra information på ett mycket mer felsäkert sätt. Detta kommer att hjälpa till i utvecklingen av kvantdatorer som lagrar data under lång tid utan att förvränga den. Forskarna beskrev sina resultat i en artikel som publicerades den 20 juli i tidskriften Nature.
Att nu inkludera en teoretisk "extra" tidsdimension är ett helt annat sätt att tänka på materiens faser.
Läs mer:
Rekordkoronal massutkastning vid Betelgeuse är 400 miljarder gånger större än solen
Megalodon åt ett djur som var lika stort som en späckhuggare åt gången
Everest hittade spår av DNA som inte borde finnas där