Времеви кристали, създадени в квантовия процесор на Google

Сподели

Кристалите на времето звучат като нещо, което герой от видеоигри би се опитвал да събере, но тази странна фаза на материята е много реална – и сега един от тях е създаден в квантовия процесор на Google, Sycamore.

Редовните кристали се характеризират със силно подредена структура от атоми в повтарящ се модел. И така, ако тези атоми се повтарят в пространството, могат ли да съществуват други кристали с модел, който се повтаря във времето? И как може да изглежда това? През 2012 г. Нобеловият лауреат Франк Вилчек предположи, че тези така наречени времеви кристали могат да съществуват и до 2016 г. те са били експериментално създадени в лабораторията. По-късни проучвания ги откриват в детски комплект за отглеждане на кристали и ги наблюдават как взаимодействат един с друг.

Във времеви кристал атомите проявяват движение по модел, който се повтаря периодично – така, например, техните завъртания се обръщат нагоре и надолу в предвидимо тиктакащо движение. Но това, което става странно, е, че този ритъм не следва честотата на силата, която го е стартирала, и в една перфектна система атомите ще продължат да тиктакат завинаги без допълнително въвеждане.

Често срещана аналогия е най-странната купа с желатин в света. Обикновено, ако докоснете нещата, бихте очаквали то да поклати за няколко секунди, след което да спре, докато не го докоснете отново. Това, което не бихте очаквали, е да прекара цяла вечност, редувайки се между поклащане и без поклащане, само след две докосвания – но това прави кристалът на времето.

Това може да звучи като парадокс, който е твърде близо до вечен двигател, но кристалите на времето технически не нарушават законите на термодинамиката. Енергията се запазва в системата като цяло и ентропията (мярка за разстройство) не намалява, а остава постоянна.

Сега изследователите демонстрираха времеви кристал в квантовия процесор на Google Sycamore. Екипът задейства решетка от 20 кубита – квантови битове информация – с лазер, за да стартира „тиктакането“. След това кубитите биха преобръщали завъртанията си само веднъж на всеки два лазерни импулса, нарушавайки симетрията на транслация на времето и създавайки времеви кристал. Важно е, че екипът казва, че това е първият път, когато кристалът показва „локализация на много тела“, явление, което ги поддържа стабилни.

В този конкретен експеримент учените са успели да наблюдават системата само за няколкостотин цикъла, но те казват, че са успели да потвърдят дългосрочната стабилност на времевите кристали, използвайки симулации, управлявани от самия квантов компютър.

„Успяхме да използваме гъвкавостта на квантовия компютър, за да ни помогне да анализираме собствените му ограничения“, казва Родерих Мьоснер, съавтор на изследването. „По същество ни каза как да коригираме собствените си грешки, така че пръстовият отпечатък на идеалното време-кристално поведение да може да бъде установен от крайни времеви наблюдения.

Изследването е публикувано в списанието природата.

Източник: Станфорд

.

Публикациите се превеждат автоматично с google translate


Сподели