Квантові комп'ютери обіцяють розширити види алгоритмів, які можна запускати швидко та практично, потенційно прискорюючи дослідження у багатьох галузях, від фізики елементарних частинок до фармакології та метеорології.
У розробці основ технології було досягнуто колосального прогресу, але в міру масштабування технології помилки стають серйозною перешкодою.
Експериментально змусивши квантовий комп'ютер поводитися як надійна форма кристала часу, група фізиків з Китаю та США сподівається зробити технологію менш схильною до помилок у міру її масштабування.
Кристали часу - це групи частинок, які демонструють візерунки, що повторюються. У той час як візерунки, з яких складаються звичайні кристали, такі як алмаз і кварц, відображаються в тривимірному просторі, кристали часу періодично рухаються, як маятник, цокаючи в часі.
Унікальність їх полягає в їх здатності робити це за відсутності або на противагу рушійному «поштовху». Кристали часу коливаються у своєму найнижчому енергетичному стані у власному ритмі, як дитина, яка штовхається на гойдалках, кидаючи виклик підштовхуванням батьків, що повторюються.
Запропонована відомим фізиком Френком Вільчеком у 2012 році, ідея кристалів часу спочатку отримала свою частку скептицизму.
З того часу ряд систем з поведінкою, подібною до поведінки кристалів часу, були продемонстровані експериментально, надавши інженерам перевірений новий інструмент для вимірювання та формування світу, а також потенційне розв'язання проблеми точності у квантових обчисленнях.
У той час як типові обчислення обмежені логікою, побудованою з використанням двійкових цифр, представлених одиницями та нулями, «кубіти» квантових обчислень найкраще підходять для унікальних видів обчислень, дозволяючи вирішувати складні алгоритми за один крок.
Кубіт - це розмитість можливостей, що мало чим відрізняється від чистого карткового столу до того, як дилер розкриє масть як червону або чорну. Так само як лічильник карт може використовувати шанси на свою користь, квантові обчислення використовують вбудований потенціал кубіта для проведення обчислень. Об'єднання кубітів шляхом переплетення їх доль створює велику колоду, змінюючи шанси дедалі кориснішими способами.
На жаль, кубіти можуть переплітатися практично з будь-чим у своєму оточенні, випадково перемішуючи нові карти та вибиваючи програму з гри. Розширення колоди кубітів до необхідних тисяч різко підвищує можливість появи небажаного шуму.
Кристали часу раніше пропонувалися як засіб зменшення квантових помилок, хоча вихід за рамки теорії в практичне застосування виявився складним.
Один тип кристалів часу, описаний як «топологічний», має перевагу над іншими. У той час як ізольовані коливання можуть виявляти характеристики кристала часу в певній зоні частинок, що повторюються в просторі, топологічний кристал часу відображає коливання маятника як об'ємну особливість загальної системи, і все це завдяки тому самому явищу квантової переплетеності.
Це узагальнене поширення коливальної активності менш схильне до локальних перешкод, зберігаючи хитання маятника в ідеальному русі, навіть коли ізольовані області всередині системи виштовхуються з вирівнювання.
Успішно запрограмувавши високостабільну форму надпровідних квантових обчислень для демонстрації топологічної поведінки часового кристала, команда виявила, що можна створити квантову систему, яка ще менш схильна до перешкод.
Пройшовши всі випробування, система змогла впоратися з розумним рівнем шуму, що імітується в навколишньому середовищі, залишаючись відносно стабільною. Експеримент також відбив потенціал використання подібних надпровідних схем для дослідження області нерівноважного руху, представленого часовими кристалами.
Як доказ концепції, надприродне цокання часових кристалів може зайняти важливе місце в майбутньому технологій.
Це дослідження було опубліковано в Nature Communications.
