Вчені підірвали атоми лазером Фібоначчі, щоб створити додатковий вимір часу. Нову фазу
Чим унікальні квантові виміри?
Звичайні комп'ютери використовують біти (0 та 1), щобсформувати основу всім обчислень. Але квантові комп'ютери призначені для використання кубітів, які можуть існувати в стані 0 або 1. Але на цьому подібність закінчується. Завдяки химерним законам квантового світу кубити можуть існувати в комбінації або суперпозиції станів 0 і 1 до моменту їх вимірювання, після чого вони випадково колапсують або в 0 або в 1.
Ця дивна поведінка є ключем до силиквантових обчислень, оскільки дозволяє кубитам зв'язуватися один з одним за допомогою квантової заплутаності. Вона пов'язує два або більше кубіти один з одним, зв'язуючи таким чином, що будь-яка зміна в одній частинці викликає зміну в іншій. Це станеться, навіть якщо вони розділені величезною відстанню. Так квантові комп'ютери можуть виконувати кілька обчислень одночасно, експонентно підвищуючи їх обчислювальну потужність порівняно з класичними пристроями.
В чому проблема?
Розвитку квантових комп'ютерів заважає одинНедолік: кубити не просто так взаємодіють і заплутуються один з одним. Через те, що їх не можна ідеально ізолювати від навколишнього середовища за межами квантового комп'ютера, вони взаємодіють із зовнішнім середовищем. У результаті це призводить до втрати їх квантових властивостей та інформації, яку вони несуть у процесі декогеренції.
Quantum Physics. Original public domain image from Wikimedia Commons
Фото на обкладинці: Berndthaller, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Іншими словами, навіть якщо тримати всі атоми під жорстким контролем, вони можуть втратити свою «квантовість», взаємодіючи з довкіллям, зовсім не так, як планували вчені.
Є рішення
Щоб уникнути ефектів декогеренції фізикивикористовували спеціальний набір фаз - топологічні. Квантова заплутаність не тільки дозволяє квантовим пристроям кодувати інформацію через поодинокі статичні положення кубитів, а й вплітати їх у динамічні рухи та взаємодії всього матеріалу – у самій формі чи топології заплутаних станів матеріалу. Це створює «топологічний» кубит, що кодує інформацію у формі, утвореній кількома частинами, а не лише однією. Так знижується ймовірність втрати інформації фазою.
Ключовою ознакою переходу від однієї фази доіншою є порушення фізичних симетрій — ідея у тому, що закони фізики однакові об'єкта у час чи простору. Як рідкість, молекули води слідують одним і тим же фізичним законам у будь-якій точці простору і в усіх напрямках.
Але якщо достатньо охолодити воду, щоб вонаперетворилася на лід, її молекули оберуть правильні точки вздовж кристалічної структури чи решітки. Раптом у молекул води з'являються кращі точки у просторі, які вони займають, залишаючи інші порожніми. У результаті просторова симетрія води спонтанно порушується. Це надихнуло вчених на новій топологічної фази всередині квантового комп'ютера. Важлива відмінність — у цій новій фазі симетрія порушується над просторі, а часі.
Як створити додатковий вимір?
Фізики не збиралися створювати фазу здодатковим теоретичним виміром часу і не шукали метод, який поліпшить зберігання квантових даних. Натомість вони хотіли створити нову фазу матерії — форму, в якій матерія може існувати. Звичайно, крім стандартних - твердої, рідкої, газу та плазми.
У цьому квантовому комп'ютері фізики створилинебачену раніше фазу матерії, яка поводиться так, ніби час має два виміри. Фаза допоможе захистити квантову інформацію від знищення набагато довше, ніж існуючі методи. Фото: Quantinuum
Вони приступили до створення нової фазиквантового процесора H1 компанії Quantinuum, який складається з 10 іонів ітербію в вакуумній камері. Там вони точно контролюються лазерами в іонній пастці. За планом, даючи кожному іону в ланцюжку періодичний поштовх («вибухаючи» їх) за допомогою лазерів, фізики хотіли порушити безперервну тимчасову симетрію.
Що в підсумку?
Тепер, нова фаза матерії, створена за допомогоюлазерів, що ритмічно похитують нитку з 10 іонів ітербію, дозволяє вченим зберігати інформацію набагато більш захищеним від помилок способом. Це допоможе розробити квантові комп'ютери, які зберігають дані протягом тривалого часу, не спотворюючи їх. Дослідники виклали свої висновки у статті, опублікованій 20 липня у журналі Nature.
Зараз включення теоретичного «додаткового» тимчасового виміру – це зовсім інший спосіб мислення про фази матерії.
Читати далі:
Рекордний корональний викид маси на Бетельгейзі в 400 млрд разів більший за сонячний
Мегалодон з'їдав тварину розміром із косатку за раз
На Евересті знайшли сліди ДНК, якої там не повинно бути