kristal
© da-kuk/Getty Images
Po prvi put, fizičari su uspjeli transformirati kvantno računalo u oblik materije koji, čini se, prkosi uobičajenim zakonima fizike. Ovaj napredak predstavlja potencijalni korak naprijed prema praktičnijim primjenama kvantnog računalstva. Kvantna računala nude mogućnost proširenja vrsta algoritama koji se mogu brzo i učinkovito izvršavati, što bi značajno ubrzalo istraživanja u raznim područjima, uključujući fiziku čestica, farmakologiju i meteorologiju.

Iako su napravljeni značajni pomaci u razvoju osnova ove tehnologije, sve veća složenost tehnologije dovodi do pojave pogrešaka kao glavne prepreke. Korištenjem eksperimentalnog pristupa koji omogućuje kvantnom računalu da funkcionira kao stabilan oblik vremenskog kristala, tim fizičara iz Kine i SAD-a nada se da će tehnologiju učiniti manje sklonom pogreškama kako se razvija.

Vremenski kristali su skupine čestica koje pokazuju ponavljajuće obrasce kretanja. Dok uobičajene kristale, poput dijamanta i kvarca, karakteriziraju oblici koji se ponavljaju u trodimenzionalnom prostoru, vremenski kristali povremeno se kreću poput njihala, njišući se kroz vrijeme.

Ono što ih čini jedinstvenima je njihova sposobnost da to učine bez potrebe za vanjskim utjecajem ili čak suprotno. Vremenski kristali autonomno osciliraju u svom najstabilnijem energetskom stanju, poput djeteta koje se ljulja u svojoj ljuljački, odupirući se ponavljajućim guranjima roditelja.

Koncept vremenskih kristala, koji je predložio poznati fizičar Frank Wilczek 2012., isprva je dočekan sa skepsom. Međutim, od tada su eksperimentalno demonstrirani različiti sustavi s ponašanjem sličnim vremenskim kristalima, pružajući inženjerima novi alat za mjerenje i oblikovanje svijeta, kao i potencijalno rješenje za točnost u kvantnom računalstvu.

Dok je klasično računalstvo ograničeno na logiku koja se temelji na korištenju binarnih znamenki 1 i 0, kvantna računala koriste kvantne bitove (kubite) koji su prikladniji za jedinstvene vrste izračuna. Ovi kubiti predstavljaju neodređenu mogućnost, slično rasporedu karata na stolu prije nego što djelitelj otkrije boju. Baš kao što brojač karata može koristiti izglede u svoju korist, kvantno računalstvo koristi inherentne sposobnosti kubita za izvođenje izračuna. Kombiniranjem kubita njihovim povezivanjem stvara se širi raspon mogućnosti, prilagođavajući izglede na sve korisnije načine.

Nažalost, kubiti se mogu zaplesti u gotovo sve u svom okruženju, što može poremetiti izračune i dovesti do pogrešaka. Povećanje broja kubita na tisuće dramatično povećava vjerojatnost unošenja neželjene buke u sustav.

Vremenski kristali ranije su predlagani kao moguće rješenje za smanjenje kvantnih pogrešaka, iako je prijelaz s teorije na praktičnu primjenu bio izazovan. Jedna vrsta vremenskog kristala, poznata kao "topološka", ima određene prednosti u odnosu na druge oblike. Dok izolirane oscilacije mogu pokazivati ​​karakteristike vremenskog kristala unutar određenog područja ponavljajućih čestica u prostoru, topološki vremenski kristal pokazuje njihanje njihala kao opću karakteristiku cijelog sustava, zahvaljujući fenomenu kvantne isprepletenosti.

Ovo generalizirano širenje oscilacija manje je osjetljivo na lokalne poremećaje, održavajući njihanje njihala u savršenom kretanju čak i kada su izolirana područja unutar sustava izložena vanjskim silama.

Istražujući vrlo stabilan oblik supravodljivog kvantnog računalstva za demonstraciju topološkog ponašanja vremenskog kristala, tim istraživača otkrio je da je moguće stvoriti kvantni sustav koji je manje osjetljiv na smetnje.

Ovaj bi se sustav mogao učinkovito nositi s razinom simulirane buke u okolišu, održavajući relativnu stabilnost. Također, eksperiment je nagovijestio mogućnost korištenja sličnih supravodljivih krugova za istraživanje područja neravnotežnog gibanja koja su karakteristična za vremenske kristale.

Ova studija objavljena je u časopisu Nature Communications.