Пресъздадоха кристал на времето в квантов процесор
Кристалът на времето звучи като научна фантастика, но всъщност е реално явление
(снимка: CC0 Public Domain)
„Кристалите на времето” звучат като някакво фантастично явление, но всъщност са напълно реални. Един такъв кристал вече е интегриран в квантовия процесор Google Sycamore.
Обикновените кристали се характеризират със силно подредена атомна структура в повтарящ се модел. И ако тези атоми се повтарят в пространството, може ли да има други кристали с модел, който се повтаря във времето? И как би изглеждало подобно явление?
През 2012 г. Нобеловият лауреат Франк Вилчек предположи, че така наречените „времеви кристали” могат действително да съществуват, а до 2016 г. дори са били експериментално създадени в лаборатория. По-късни проучвания ги откриват в детски комплект и са наблюдавани как взаимодействат един с друг.
В кристала на времето атомите се движат по модел, който се повтаря периодично – например техните спинове (завъртания) се обръщат нагоре и надолу по предвидим шаблон. Но странното е, че този ритъм на движение не съответства на честотата на силата, която го е предизвикала, и в една идеална система атомите ще продължат да се движат безкрайно без допълнително въздействие.
За да стане по-ясно, представете си най-странната купа с желатин в света. Обикновено, ако натиснете надолу върху материала, той ще се размърда за няколко секунди и след това ще спре, докато не го натиснете отново. Това, което може да не очаквате, е вечно люлеене на желатина след само две докосвания – но точно това прави кристалът за време.
Може да изглежда като парадокс, който е твърде близо до вечен двигател, но кристалите на времето технически не нарушават законите на термодинамиката. Енергията се запазва в системата като цяло и ентропията (мярка за безпорядък) не намалява, а остава постоянна.
Наскоро изследователи демонстрираха времеви кристал в квантовия процесор Sycamore на Google. Екипът е обработил решетка от 20 кубита (квантови битове информация) с лазер, за да задейства процеса, става ясно от публикация в Nature. Тогава кубитите започват да обръщат своите спинове само веднъж на всеки два лазерни импулса, нарушавайки симетрията на транслацията на времето и създавайки времеви кристал.
Важно е да се отбележи, че, според изследователите, това е първият кристал, който показва „локализация на множество тела” – феномен, който ги поддържа стабилни. В този конкретен експеримент учените са успели да наблюдават системата само за няколкостотин цикъла, но казват, че са успели да потвърдят дългосрочната стабилност на времевите кристали, използвайки симулации, извършени от самия квантов компютър.