Розробка квантового процесора, який демонструє поведінку часового кристала, стала значним кроком у напрямку практичного застосування квантових обчислень. Цей прорив, досягнутий групою фізиків із Китаю та США, пропонує потенційне рішення однієї з найбільших проблем квантових обчислень: зменшення помилок при масштабуванні систем.
Що таке часові кристали?
Часові кристали — це екзотичний стан матерії, який відрізняється здатністю періодично коливатися в часі без зовнішнього впливу. У той час як звичайні кристали, такі як алмаз чи кварц, демонструють повторювані структури у тривимірному просторі, часові кристали повторюються у часі, подібно до маятника, що рухається в ритмічному “тик-ток”.
Особливість часових кристалів полягає у їх здатності коливатися в найнижчому енергетичному стані — без потреби в постійному зовнішньому поштовху. Ця концепція була запропонована відомим фізиком Френком Вільчеком у 2012 році й викликала багато дискусій, але згодом була підтверджена експериментально.
Часові кристали та квантові обчислення
Квантові обчислення використовують кубіти, які здатні перебувати у станах 0, 1 або їх суперпозиції. Завдяки цьому вони можуть виконувати складні обчислення за один крок. Проте кубіти мають властивість заплутуватися з елементами довкілля, що створює шум і знижує точність роботи системи. Масштабування квантових комп’ютерів до тисяч кубітів збільшує ризик таких помилок.
Часові кристали, особливо у вигляді топологічних систем, мають перевагу, оскільки їх коливання є стійкими навіть до локальних збурень. Це робить їх перспективним інструментом для зменшення помилок у квантових обчисленнях.
Як це працює?
Фізики створили стабільну форму надпровідного квантового процесора, який демонструє поведінку топологічного часового кристала. Це дозволило системі:
- Стабільно функціонувати навіть за наявності шуму в середовищі.
- Зберігати узгодженість коливань у глобальній системі, навіть якщо деякі її частини зазнавали збурень.
Така поведінка стала можливою завдяки квантовому заплутуванню, яке забезпечує синхронізацію коливань у всій системі.
Перспективи для майбутнього
Цей доказ концепції демонструє, що часові кристали можуть стати важливим елементом у майбутніх квантових технологіях. Стабільність і стійкість таких систем відкривають шлях до більш точних і надійних квантових комп’ютерів, які зможуть вирішувати завдання у галузях від фармакології до кліматології.
