Вчені створили кристали часу
Фізик Каліфорнійського університету в Берклі Норман Яо п’ять років тому вперше описав, як створити кристал часу — нову форму матерії, структури якої повторюються у часі, а не у просторі, передає 1news з посиланням на cursorinfo.co.il.
Після початкової пропозиції Яо нові ідеї призвели до відкриття, що кристали часу бувають різних форм, кожна з яких стабілізується своїм механізмом.
Використовуючи нові архітектури квантових обчислень, кілька лабораторій впритул підійшли до створення локалізованої версії тимчасового кристала, що складається з багатьох тіл, в якій використовується безлад для підтримки квантових кубитів, що періодично керуються, в безперервному стані субгармонічного похитування.
У своїй роботі Яо та його колеги з QuTech повідомили про створення багаточасткового локалізованого кристала дискретного часу, що проіснував близько восьми секунд, що відповідає 800 періодам коливань. Вони використовували квантовий комп’ютер на основі алмазу, де кубити – квантові біти, аналог двійкових бітів у цифрових комп’ютерах – є ядерними спинами атомів вуглецю-13, які вбудовані в алмаз.
«Хоча ідеально ізольований кристал часу в принципі може жити вічно, будь-яка реальна експериментальна реалізація розпадатиметься через взаємодію з навколишнім середовищем. Подальше продовження терміну служби – наступний рубіж досліджень», – сказав Джо Рендалл з QuTech.
Результати, вперше опубліковані цього літа на arXiv, були відтворені в майже одночасному експерименті дослідниками з Google, Стенфорда та Прінстона з використанням надпровідного квантового комп’ютера Google Sycamore. У цій демонстрації використовувалося 20 кубітів, зроблених із надпровідних алюмінієвих смуг, і вона тривала близько восьми десятих секунди. Тимчасові кристали Google та QuTech називають фазами матерії Флоке, які є різновидом нерівноважного матеріалу.
«Дуже цікаво, що одночасно відбувається кілька експериментальних проривів. Усі ці різні платформи доповнюють одна одну. В експерименті Google використовується вдвічі більше кубитів. Наш кристал часу живе приблизно в 10 разів довше», — каже Тім Таміау, провідний дослідник QuTech.
Команда Qutech правильно маніпулювала дев’ятьма кубитами вуглецю-13, щоб задовольнити критеріям формування багаточасткового локалізованого кристала часу.
«Кристал часу, мабуть, найпростіший приклад нерівноважної фази матерії. Система QuTech ідеально підходить для дослідження інших нерівноважних явищ, включаючи, наприклад, топологічні фази Флоке», – сказав Яо, доцент фізики Університету Каліфорнії в Берклі.
Ці результати пішли за іншим спостереженням кристалів, також з участю групи Яо, опублікованим у Science кілька місяців тому. Там дослідники спостерігали так званий кристал дотеплового часу, в якому субгармонічні коливання стабілізуються завдяки високочастотному збудженню.
Експерименти проводилися в лабораторії Монро в Університеті Меріленда з використанням одновимірного ланцюжка захоплених атомних іонів, тієї ж системи, яка спостерігала перші ознаки кристалічної динаміки в п’ять років тому. Цікаво, що на відміну від багаточасткового локалізованого тимчасового кристала, який є вродженою квантовою фазою Флоке, дотеплові тимчасові кристали можуть існувати як квантові, так і як класичні фази речовини.
Після досліджень вчених все ще залишається багато питань. Чи практичне застосування кристалам часу? Чи може розсіювання допомогти продовжити термін служби кристала часу? І, у загальному плані, як і коли керовані квантові системи врівноважуються?
Нові результати показують, що спінові дефекти у твердих тілах є гнучкою платформою для експериментального вивчення цих важливих відкритих питань статистичної фізики.
«Здатність ізолювати спини від навколишнього середовища, але при цьому контролювати їхню взаємодію, дає чудову можливість вивчити, як інформація зберігається чи втрачається. Дуже цікаво спостерігати за тим, що буде далі», — сказав аспірант Каліфорнійського університету в Берклі Франсіско Мачадо.
