Најдоа чудна фаза на материјата која постои во две временски димензии

Научниците во квантен компјутер, откако пулсираа со светлосни зраци по неговите кубити, според образец инспириран со низата на Фибоначи, воочија нова фаза на материјата.

Иако и самиот тој факт звучи интересно, уште пофасцинантно е што овој чуден хир на квантната механика се однесува како да има две временски димензии, место една. Научниците наведуваат дека оваа особина ги прави кубитите поотпорни и поробусни, затоа што тогаш може да останат стабилни во текот на целиот период на спроведување на експериментот.

Таа стабилност се нарекува и квантна кохеренција и е еден од главните темели за изработка на совршен квантен компјутер, но и состојба која и најтешко се постигнува.

Компјутер кој се темели на квантни честички

Квантниот бит или кубит е основна единица за информации во квантните компјутерски науки. Значи, може да кажеме дека квантните компјутери се составени од квантни честички, а не од стандарден материјал од кој се направени дигиталните компјутери.

За разлика од квантниот бит кој ги обработува информациите во една од двете состојби, 1 или 0, кубитите може да бидат во двете истовремено; што се опишува како квантна суперпозиција. Но, треба да се нагласи дека по мерењата, кубитот се наоѓа во состојбата во која сме го мереле.

Компјутерскиот квантен физичар Филип Думитреску од Институтот Флатајрон вели дека ова истражување претставува „потполно различен начин на размислување за фазите на материјата“.

„Го работам ова на теоретски идеи повеќе од пет години и возбудливо е да се види како се остваруваат во експерименти“, вели Думитреску, а пренесува Сајанс алерт.

„Мистериозно делување на далечина“

Математичката природа на квантната супрепозиција може да биде неворојатно моќна од компјутерски аспект, односно може да го олесни решавањето на многу проблеми. Но помалку таинствената, несигурна природа на низите кубити, исто така, зависи од тоа како нивните состојби се меѓусебно поврзани, и во каква спрега се.

Квантната спрега е феномен во физиката која се појавува кога паровите или групите честички меѓусебно делуваат така што квантната состојба на поединечни честички не може да се утврди независно од другите честички.

Може да се каже дека квантната спрега е мистериозна појава во која две честички се толку силно поврзани што се однесуваат како еден состав; без оглед дали се наоѓаат во иста лабораторија или на два различни краја на галаксијата. Ако ги измерите својствата на честичката, другата во истиот момент ќе го поприми спротивното својство.

Алберт Ајнштајн овој феномен го опишал како „мистериозно делување на далечина“, а научниците со години се обидуваат да го искористат тоа интересно својство на материјата.

Проблемот со кубитите

Но, фрустрирачко е тоа што кубитот може да дојде во спрега со речиси сѐ во окружувањето, што доведува до грешки. Колку што состојбата на кубитот е поделикатна, односно колку повеќе хаос има во неговото окружување, тоа е поголем ризикот од губење на кохеренцијата.

„Дури и ако сите атоми ги држите под строга контрола, тие можат да го изгубат своето квантно својство поради комуникација со окружувањето. До тоа може да дојде поради загревање или интеракција со работите на начин на кој не сте планирале“, објасни Думитреску.

„Во пракса, експерименталните уреди имаат многу извори на грешки кои може да ја деградираат кохеренцијата по само неколку ласерски импусли“, додава.

Спроведувањето симетрија може да биде еден од начините кубитите да се заштитат од декохеренција. На пример, ако ротираме обичен квадрат за деведесет степени, тој ќе остане во ист облик. таа симетрија го штити од одредени влијанија на ротацијата.

Ако кубитите ги целиме рамномерно распоредени со ласерски импулси, може да се обезбедиме симетрија која не се темели на простор, туку на време. Думитреску и неговите колеги сакаа да видат дали можат да го зајакнат овој учинок со додавање, не симетрични, туку асиметрични квазипериодичности.

Тоа, теоретски, значи постоење не на една временска симетрија, туку две.

Дополнителна временска симетрија штити од декохеренција

Физичарите спроведоа експеримент со врен комерцијален квантен компјутер кој го дизајнира компанијата Quantinuum. Овој компјутер за кубити користи 10 атоми итербиум. Тие атоми се држат во електрична јонска замка, така што можат да се мерат или да се контролираат со ласерски импулси.

Думитреску и колегите створиле низа такви импулси кои се темелат на низата броеви на Фибоначи, каде секој сегмент е збир од двата претходни сегменти. Тоа резултира со след кој е уреден, но не се повторува. Ваквите ласерски импусли може да се опишат како еднодимензионален приказ на дводимензионални примероци.

Теоретски, тоа значи дека потенцијално може да се наметнат две временски симетрии на кубитите.

Тимот ја тестира својата хипотеза блескајќи со ласер низ кубитите, прво во симетрична низа, потоа квазисиметрично. Потоа ја измериле кохеренцијата на двата кубита. Во текот на симетричната секвенца кубитите биле стабилни 1,5 секунди, а при квазипериодичната цели 5,5 секунди колку што траел експериментот.

Дополнителната временска симетрија, сметаат научниците, додала уште еден слој заштита на квантната декохеренција.

Истражувањето се нарекува Dynamical topological phase realized in a trapped-ion quantum simulator, а објавено е во магазинот „Нејчр“.