Научници забележале нова фаза на материјата во квантен компјутер, откако пулсирале светлосни зраци низ неговите кјубити во шема инспирирана од низата Фибоначи.
Иако тој факт сам по себе звучи интересно, уште пофасцинантно е што овој чуден каприц на квантната механика се однесува како да има две временски димензии, наместо една. Научниците наведуваат дека оваа карактеристика ги прави кјубитите поотпорни и поробусни бидејќи тогаш тие можат да останат стабилни во текот на целиот период на експериментот.
Оваа стабилност се нарекува и квантна кохерентност и е една од главните основи за создавање совршен квантен компјутер, но е и најтешката состојба за постигнување.
Компјутер базиран на квантни честички
Квантен бит или кјубит е основна единица на информации во квантното пресметување. Значи, би можеле да кажеме дека квантните компјутери се составени од квантни честички, а не од стандарден материјал од кој се направени дигиталните компјутери.
За разлика од класичниот бит кој обработува информации во една од двете состојби, 1 или 0, кјубитите можат да бидат и во двете во исто време; која е опишана како квантна суперпозиција. Сепак, треба да се нагласи дека по мерењето кјубитот е во состојбата што ја измеривме.
Компјутерски квантен физичар Филип Думитреску од Институтот Flatiron вели дека ова истражување претставува „сосема поинаков начин на размислување за фазите на материјата“.
„Работев на овие теоретски идеи повеќе од пет години и возбудливо е да се видат како се остваруваат во експерименти“, рече Думитреску, како што пренесува Science Alert.
„Мистериозна акција на далечина“
Математичката природа на квантната суперпозиција може да биде неверојатно моќна од пресметковна гледна точка, т.е. може да го олесни решавањето на многу проблеми. Но, донекаде таинствената, неизвесна природа на низа кјубити зависи и од тоа како нивните состојби се меѓусебно поврзани, односно во каква спојка се.
Квантното спојување е феномен во физиката што се јавува кога парови или групи на честички комуницираат така што квантната состојба на поединечните честички не може да се одреди независно од другите честички.
Може да се каже дека квантното спојување е мистериозен феномен во кој две честички се толку силно поврзани што се однесуваат како единствен систем; без разлика дали се наоѓаат во иста лабораторија или на два различни краја на галаксијата. Ако ги измерите својствата на една честичка, другата веднаш ќе го добие спротивното својство.
Алберт Ајнштајн го опиша овој феномен како „мистериозна акција на далечина“, а научниците со години се обидуваат да го искористат ова интересно својство на материјата.
Проблемот со кјубитите
Но, она што фрустрира е што кјубитите можат да се спојат со речиси сè во околината, што доведува до грешки. Колку е поделикатна состојбата на кјубитот, односно колку повеќе хаос има во неговата околина, толку е поголем ризикот од губење на кохерентноста.
„Дури и ако ги држите сите атоми под строга контрола, тие можат да ги загубат своите квантни својства поради комуникацијата со околината. Ова може да се случи поради загревање или интеракција со нештата на начини на кои не сте планирале“, објасни Думитреску.
„Во пракса, експерименталните уреди имаат многу извори на грешки кои можат да ја нарушат кохерентноста по само неколку ласерски импулси“, додаде тој.
Спроведувањето на симетрија може да биде еден начин да се заштитат кубитите од декохерентност. На пример, ако ротираме правилен квадрат за деведесет степени, тој сепак ќе остане во иста форма. Оваа симетрија го штити од одредени ефекти на ротација.
Ако ги насочиме кјубитите со рамномерно распоредени ласерски импулси, можеме да обезбедиме симетрија што не се заснова на просторот, туку на времето. Думитреску и неговите колеги сакаа да видат дали можат да го засилат овој ефект со додавање, не симетрична, туку асиметрична квази-периодичност.
Тоа теоретски би значело постоење не на една временска симетрија, туку на две.
„Дополнителната временска симетрија штити од декохерентност“
Физичарите го спроведоа експериментот на најсовремен комерцијален квантен компјутер дизајниран од компанијата Quantinuum. Овој кјубитен компјутер користи 10 атоми на итербиум. Овие атоми се држат во електрична јонска замка, така што тие можат да се мерат или контролираат со ласерски импулси.
Думитреску и неговите колеги создадоа серија такви импулси врз основа на низата Фибоначи на броеви, каде што секој сегмент е збир на двата претходни отсечки. Ова резултира со низа која е наредена, но не се повторува. Ваквите ласерски импулси може да се опишат како еднодимензионална претстава на дводимензионална шема. Теоретски, ова значи дека тие потенцијално би можеле да наметнат две временски симетрии на кјубитите.
Тимот ја тестираше нивната хипотеза со трепкање на ласери на серија кубити, прво во симетрична низа, а потоа квази-периодично. После тоа ја измериле кохерентноста на двата кјубита. За време на периодичната низа, кјубитите беа стабилни 1,5 секунди, а за квазипериодичната низа, тие беа стабилни 5,5 секунди - колку што траеше експериментот.
Дополнителната временска симетрија, веруваат научниците, додаде уште еден слој на заштита од квантна декохеренција.
Истражувањето со наслов Dynamical topological phase realized in a trapped-ion quantum simulator беше објавено во списанието Nature.
