Časové krystaly by mohly otevřít radikální novou budoucnost kvantových počítačů: ScienceAlert

Cestu ke kvantové nadvládě komplikuje nápaditá výzva – jak udržet mrak, aniž by se změnil jeho tvar?

Potenciální řešení se zdá být stejně fantastické jako samotný problém. Oblak můžete nasměrovat k tanci, když se pohybuje, v rytmu jedinečné substance známé jako časový krystal.

Krzysztof Gergel a Krzysztof Sasha z Jagellonské univerzity v Polsku a Peter Hannaford z Swinburne University of Technology v Austrálii naznačují, že nový typ „časového“ okruhu může být schopen zachovat fuzzy stavy qubitů, když procházejí bouřemi kvantová logika.

Na rozdíl od popisů objektů, které mají jasně definované polohy a pohyby, kvantová perspektiva stejné částice popisuje vlastnosti, jako je její poloha, hybnost a rotace, jako rozostření možností.

Tento „mrak“ možností lze nejlépe pochopit izolovaně. Jakmile částice interaguje se svým prostředím, pravděpodobnostní rozložení se změní jako pravděpodobnost, že běžec vyhraje běh na 100 metrů na olympijských hrách, až nakonec bude pozorován pouze jeden výsledek.

Stejně jako klasický počítač může používat binární stavy částic jako přepínače „zapnuto-vypnuto“ v logických hradlech, kvantové počítače by teoreticky mohly využívat šíření nejistoty v částici k rychlému řešení vlastních druhů algoritmů, z nichž mnohé by byly nepraktické. nebo dokonce nemožné vyřešit staromódním způsobem .

Výzvou je udržet tento kvantový mrak potenciálu – označovaný jako qubity – koherentní co nejdéle. S každým nárazem, každým elektromagnetickým vánkem přichází zvýšené riziko chyb, které způsobí chyby.

Praktické kvantové počítače vyžadují stovky, ne-li tisíce qubitů, aby zůstaly nedotčené po dlouhou dobu, což činí systém v plném měřítku obrovskou výzvou.

Výzkumníci hledali různé způsoby, jak učinit kvantové výpočty výkonnějšími, buď uzamčením jednotlivých qubitů, aby je chránili před dekoherencí, nebo budováním bezpečnostních sítí kolem nich.

Nyní fyzici Gergel, Sasha a Hannaford popsali nový přístup, který mění kvantové počítače v qubitovou symfonii vedenou taktovkou velmi zvláštního druhu dirigenta.

Časové krystaly jsou materiály, které se v průběhu času mění v opakující se vzory. Verze těchto „časovaných“ systémů, které byly před více než deseti lety považovány za exotické, byly od té doby vyvinuty pomocí jemného šťouchnutí laserem a shluky velmi studených atomů, kde záblesky světla posílají částice do periodických fluktuací, které odporují laserovému časování.

V papíru V nové studii dostupné na serveru předběžného hodnocení arXiv trio fyziků navrhuje použít jedinečnou periodicitu časového krystalu jako základ pro nový typ časového elektronického obvodu. Použitím mikrovln k nasměrování obrovského množství informací nabitých qubitů by tato periodicita mohla pomoci snížit náhodné kolize odpovědné za mnoho chyb.

Takový časový okruh neustále unášených qubitů by usnadnil nasměrování kterékoli z počítačových částic jinou cestou, čímž by zapletl jejich kvantový potenciál spíše užitečnými než chybami vynucujícími způsoby.

Zatímco návrh je stále čistě teoretický, tým ukázal, jak může fyzika shluků draselných iontů ochlazených na téměř absolutní teploty a řízených laserovým pulzem poskytnout „orchestr“ qubitů.

Převedení myšlenky do praktického kvantového počítače ve velkém měřítku bude vyžadovat roky inovací a experimentů, pokud to vůbec bude fungovat.

Nyní, když však víme, že alespoň některé typy časových krystalů existují a mohou být použity pro praktické účely, nemusí být úkol nést mrak koneckonců jen fantazijní úsilí.

Tato studie je dostupná na serveru předběžného hodnocení arXiv.