Aceasta ar putea fi o descoperire majoră pentru computerele puternice care îndeplinesc sarcini complexe
S-a observat o nouă fază ciudată a materiei, care pare să ocupe două dimensiuni temporale
Descoperirile reprezintă un „mod diferit de a gândi fazele materiei” Noile descoperiri ar putea deschide calea pentru computere cuantice puternice
O nouă fază ciudată a materiei care pare să ocupe două dimensiuni de timp a fost creată într-un laborator de oamenii de știință. Descoperirea uluitoare ar putea deschide calea pentru calculatoare cuantice – mașini puternice care folosesc proprietățile fizicii cuantice pentru a stoca date și a efectua calcule complexe. De asemenea, reprezintă „un mod complet diferit de a gândi fazele materiei”, potrivit fizicianului cuantic computațional Philipp Dumitrescu, de la Institutul Flatiron.
O nouă stare a materiei+ calcule imposibile până acum!
Potrivit informațiilor publicate de site-ul https://www.dailymail.co.uk, materia există în mod normal fie ca solid, lichid sau gaz, deși există și multe faze mai puțin familiare, cum ar fi „cristalele de timp”. În experimentele de laborator, fizicienii au folosit un laser, care pulsa atomii din interiorul unui computer cuantic. Modelul pulsurilor a fost inspirat de secvența Fibonacci, în care fiecare număr este suma celor două anterioare. În timpul acestui proces, cercetătorii au creat o fază a materiei, remarcabilă, nemaivăzută până acum. Noua stare a prezentat două dimensiuni de timp, în ciuda faptului că există încă un singur flux de timp. Cercetătorii susțin că orice informație stocată în această nouă fază a materiei ar fi mult mai bine protejată împotriva erorilor decât cu oricare dintre configurațiile utilizate în prezent în calculatoarele cuantice. Aceasta înseamnă că informațiile ar putea fi păstrate mult mai mult timp, ceea ce, la rândul ei, ar face calculul cuantic mult mai realizabil. „Lucrez la aceste idei de teorie de peste cinci ani și este incitant să le văd realizându-se în experimente!” – a declarat Dumitrescu pentru publicația amintită. Calculul cuantic se bazează pe qubiți, care sunt echivalentul cuantic al biților de calcul. Întrucât biții procesează informații în una din cele două stări – 1 sau 0, qubiții pot exista ambii, simultan. Această densitate suplimentară de informații permite computerelor cuantice să examineze toate rezultatele posibile ale unui proces de decizie. Ele fac acest lucru plasând qubiții într-o „suprapoziție” cuantică, un fel de limbo, în care apar diferite stări potențiale, simultan. Doar atunci când sistemul este observat sau deranjat, acesta „se prăbușește” într-o stare sau alta. Acest pilon fundamental al mecanicii cuantice a fost ilustrat de faimosul experiment de gândire „Pisica lui Schroedinger”, în care o pisică nu este nici moartă, nici vie, ci o „suprapunere” a ambelor stări. De asemenea, a dat naștere ipotezei „multilumi” – ideea că o multitudine de universuri coexistă în paralel, în care sunt jucate diferite sorți. Suprapunerea poate fi incredibil de puternică din punct de vedere computațional, deoarece rezolvă problema rapid, în circumstanțele potrivite. O astfel de tehnologie ar putea schimba lumea, permițând calcule care, anterior, ar fi fost, practic, imposibile.
Ce este coerența cuantică!?
Și publicația https://www.sciencealert.com/ a tratat subiectul!
O nouă fază a materiei a fost observată într-un computer cuantic după ce fizicienii au pulsat lumina pe qubiții ei într-un model inspirat de secvența Fibonacci. Dacă credeți că este uluitor, această trăsătură ciudată a mecanicii cuantice se comportă ca și cum ar avea două dimensiuni de timp, în loc de una; o trăsătură despre care oamenii de știință spun că face qubiții mai robusti, capabili să rămână stabili pe întreaga durată a experimentului. Această stabilitate se numește coerență cuantică și este unul dintre obiectivele principale pentru un computer cuantic fără erori și unul dintre cele mai dificil de atins.
Lucrarea reprezintă „un mod complet diferit de a gândi fazele materiei”, potrivit fizicianului cuantic computațional Philipp Dumitrescu, de la Institutul Flatiron, autorul principal al unei noi lucrări, care descrie fenomenul. „Lucrez la aceste idei de teorie de peste cinci ani și este incitant să le văd realizându-se în experimente!”- arată fizicianul de origine română.
Calculul cuantic se bazează pe qubiți, echivalentul cuantic al biților de calcul. Cu toate acestea, acolo unde biții procesează informații în una din cele două stări, un 1 sau un 0, qubiții pot fi ambele simultan, o stare cunoscută sub numele de suprapunere cuantică. Natura matematică a acestei suprapuneri poate fi incredibil de puternică din punct de vedere computațional, făcând o muncă scurtă de rezolvare a problemelor în circumstanțe potrivite. Dar natura încețoșată și nestabilită a unei serii de qubiți depinde și de modul în care stările lor indecise se relaționează între ele, o relație numită încurcătură. În mod frustrant, qubiții se pot încurca cu aproape orice din mediul lor, introducând erori. Cu cât starea neclară a qubitului este mai delicată (sau cu cât este mai mult haos în mediul său), cu atât este mai mare riscul ca acesta să-și piardă această coerență. Îmbunătățirea coerenței până la punctul de viabilitate este, probabil, o abordare multi-tactică, pentru a depăși un obstacol semnificativ care stă în calea unui computer cuantic funcțional – fiecare pic face diferența. „Chiar dacă țineți toți atomii sub control strict, ei își pot pierde cuanticitatea vorbind cu mediul lor, încălzindu-se sau interacționând cu lucruri în moduri pe care nu le-ați planificat”, a explicat Dumitrescu.
Cvasicristal în timp!
„În practică, dispozitivele experimentale au multe surse de eroare, care pot degrada coerența după doar câteva impulsuri laser!”- explică acesta.
Implementarea unei simetrii poate fi un mijloc de a proteja qubiții de decoerență. Rotiți un pătrat vechi, simplu, cu nouăzeci de grade și, de fapt, este încă aceeași formă. Această simetrie îl protejează de anumite efecte de rotație. Atingerea qubiților cu impulsuri laser distanțate uniform asigură că există o simetrie bazată nu în spațiu, ci în timp. Dumitrescu și colegii săi au vrut să știe dacă pot compensa acest efect adăugând nu periodicitate simetrică, ci cvasiperiodicitate asimetrică. Aceasta, au teoretizat ei, ar adăuga nu o simetrie de timp, ci două; unul, efectiv îngropat în interiorul celuilalt. Ideea s-a bazat pe lucrările anterioare ale echipei care a propus crearea a ceva numit cvasicristal în timp , mai degrabă decât în spațiu. Acolo unde un cristal este alcătuit dintr-o rețea simetrică de atomi care se repetă în spațiu, ca o sală de junglă cu grilă pătrată sau un fagure de miere, modelul atomilor de pe un cvasicristal nu se repetă, ca o placă Penrose , dar totuși, este ordonat. Echipa și-a efectuat experimentul pe un computer cuantic comercial de ultimă oră, proiectat de Quantinuum , o companie de calcul cuantic. Această fiară folosește pentru qubiții săi 10 atomi de iterbiu (unul dintre elementele de alegere pentru ceasurile atomice ). Acești atomi sunt ținuți într-o capcană de ioni electrică, din care impulsuri laser pot fi folosite pentru a le controla sau măsura. Dumitrescu și colegii au creat o secvență de impulsuri laser pe baza numerelor Fibonacci, în care fiecare segment este suma celor două segmente anterioare. Rezultă o secvență care este ordonată, dar nu se repetă, la fel ca un cvasicristal. Cvasicristalele pot fi descrise matematic ca segmente de dimensiuni inferioare ale rețelelor de dimensiuni superioare. O placă Penrose poate fi descrisă ca o felie bidimensională, a unui hipercub cu cinci dimensiuni. În același mod, impulsurile laser ale echipei pot fi descrise ca o reprezentare unidimensională a unui model bidimensional. Teoretic, acest lucru însemna că ar putea impune două simetrii temporale pe qubiți. Echipa și-a testat munca prin lasere intermitente la matricea de qubit de iterbiu, mai întâi, într-o secvență simetrică, apoi, cvasiperiodic. Apoi au măsurat coerența celor doi qubiți, de la fiecare capăt al capcanei. Pentru secvența periodică, qubiții au fost stabili timp de 1,5 secunde. Pentru secvența cvasiperiodică, acestea au rămas stabile timp de 5,5 secunde – durata experimentului. Simetria suplimentară a timpului, au spus cercetătorii, a adăugat un alt strat de protecție împotriva decoerenței cuantice. „Cu această secvență cvasi-periodică, există o evoluție complicată care anulează toate erorile care trăiesc la margine…Din cauza asta, marginea rămâne coerentă din punct de vedere mecanic cuantic mult, mult mai mult decât v-ați aștepta!” – a explicat Dumitrescu. Lucrarea nu este aproape de a fi gata de integrare în computere cuantice funcționale , dar reprezintă un pas important în direcția acestui obiectiv, au precizat cercetătorii. Cercetarea a fost publicată în revista Nature – https://www.nature.com.