Naučnici su otkrili čudnu fazu materije koja postoji u obe na kvantnom računaru kompanije Quantinuum koji koristi deset atoma iterbijuma.
Naučnici su u kvantnom računaru, nakon što su pulsirali svetlosnim zracima po njegovim kvantnim bitovima ili kubitima (qubits), prema obrascu inspirisanom Fibonačijevim nizom, uočili novu fazu materije.Mada već i sama ta činjenica zvuči zanimljivo, još je fascinantnije da se ovaj čudni hir kvantne mehanike ponaša kao da ima dve vremenske dimenzije, umesto jedne. Istraživači navode da ova osobina čini kubite otpornijim i robusnijim jer onda mogu ostati stabilni tokom celog perioda sprovođenja eksperimenta.
Ta stabilnost se naziva kvantnom koherencijom i jedan je od glavnih temelja za izradu savršenog kvantnog računara, ali i stanje koje je najteže postići.Kvantni bit ili kubit je osnovna jedinica informacije u kvantnom računarstvu. Dakle, mogli bismo reći da su kvantni računari sastavljena od kvantnih čestica, a ne od standardnog materijala od kojih su načinjeni digitalni računari.
Tim je testirao svoju hipotezu bljeskajući laserima na niz kubita, prvo u simetričnom nizu, zatim kvaziperiodično. Nakon toga su izmerili koherenciju dva kubita. Tokom periodične sekvence kubiti su bili stabilni 1,5 sekundi, a za kvaziperiodične velih 5,5 sekundi – koliko je trajao eksperiment. Dodatna vremenska simetrija, smatraju naučnici, dodala je još jedan sloj zaštite od kvantne dekoherencije.
Za razliku od klasičnog bita koji obrađuje informacije u jednom od dva stanja, 1 ili 0, kubiti mogu biti u oba istovremeno; što se opisuje kao kvantna superpozicija. No, treba naglasiti da se nakon merenja kubit nalazi u stanju koje je izmereno.Računarski kvantni fizičar Filip Dumitresku iz Instituta Flatiron kaže da ovo istraživanje predstavlja „potpuno drugačiji način razmišljanja o fazama materije”. „Radim na ovim teorijskim idejama više od pet godina i uzbudljivo je videti kako se ostvaruju u eksperimentima”, rekao je Dumitresku, a prenosi Science Alert.
Filip Dumitresku (Flatiron)
Matematička priroda kvantne superpozicije može biti neverovatno moćna s računarskog gledišta, odnosno može olakšati rešavanje mnogih problema. No pomalo tajnovita, nesigurna priroda niza kubita takođe zavisi od toga kako su njihova stanja međusobno povezana, odnosno u kakvoj su sprezi.Kvantno sprezanje (kvantna sprega) jeste fenomen u fizici koji se pojavljuje kada parovi ili grupe čestica međudeluju tako da se kvantno stanje pojedinačnih čestica ne može utvrditi nezavisno od drugih čestica.
Moglo bi se reći da je kvantna sprega misteriozna pojava u kojoj su dve čestice tako snažno međusobno povezane da se ponašaju kao jedan sistemn; bez obzira da li se nalaze u istoj laboratoriji ili na dva različita kraja galaksije. Ako izmerite svojstva jedne čestice, druga će istog trena poprimiti suprotno svojstvo.Albert Ajnštajn je ovaj fenomen opisao kao „misteriozno delovanje na daljinu”, a naučnici već godinama pokušavaju iskoristiti to zanimljivo svojstvo materije.
No, frustrirajuće je to što kubiti mogu doći u spregu s gotovo svim u okruženju, što dovodi do grešaka. Što je stanje kubita delikatnije, odnosno što je više haosa u njegovoj okolini, to je veći rizik od gubitka koherencije. „Čak i ako sve atome držite pod strogom kontrolom, oni mogu izgubiti svoje kvantno svojstvo zbog komunikacije sa okruženjem. Do toga može doći zbog zagrevanja ili interakcije sa stvarima na načine koje niste planirali”, objasnio je Dumitresku. „U praksi, eksperimentalni uređaji imaju mnogo izvora pogrešaka koji mogu degradirati koherenciju nakon samo nekoliko laserskih impulsa.”
Sprovođenje simetrije može biti jedan od načina da se kubiti zaštite od dekoherencije. Primerice, ako rotiramo običan kvadrat za devedeset stupeni, on će ostati istog oblika. Ta ga simetrija štiti od određenih učinaka rotacije.Ako kubite ciljamo ravnomerno raspoređenim laserskim impulsima, možemo osigurati simetriju koja se ne temelji na prostoru, već na vremenu. Filip Dumitresku i kolege želeli su da vide mogu li pojačati ovaj učinak dodavanjem, ne simetrične, već asimetrične kvaziperiodičnosti.To bi, teoretski, značilo postojanje ne jedne vremenske simetrije, već dve.
Fizičari su sproveli eksperiment na vrhunskom komercijalnom kvantnom računaru koje je dizajnirala kompanija Quantinuum. Ovaj računar za kubite koristi 10 atoma iterbijuma. Ti se atomi drže u električnoj jonskoj zamci, tako da se mogu meriti ili kontrolisati putem laserskih impulsa.Dumitresku i saradnici stvorili su niz takvih impulsa koji se temelje na Fibonačijevom nizu brojeva, gde je svaki segment zbir dva prethodna segmenta. To rezultira sledom koji je uređen, ali se ne ponavlja. Ovakvi laserski impulsi mogu se opisati kao jednodimenzionalni prikaz dvodimenzionalnog uzorka. Teoretski to znači da bi potencijalno mogli nametnuti dve vremenske simetrije na kubite.
Pomenuti tim je testirao svoju hipotezu bljeskajući laserima na niz kubita, prvo u simetričnom nizu, zatim kvaziperiodično. Nakon toga su izmerili koherenciju dva kubita. Tokom periodične sekvence kubiti su bili stabilni 1,5 sekundi, a za kvaziperiodične velih 5,5 sekundi –koliko je trajao eksperiment.Dodatna vremenska simetrija, smatraju naučnici, dodala je još jedan sloj zaštite od kvantne dekoherencije.
Istraživanje pod naslovom Dynamical topological phase realized in a trapped-ion quantum simulator objavljeno je u časopisu Nature.
(Indeks)
