Научници су открили чудну фазу материје која постоји у обе на квантном рачунару компаније Quantinuum који користи десет атома итербијума.
Научници су у квантном рачунару, након што су пулсирали светлосним зрацима по његовим квантним битовима или кубитима (qubits), према обрасцу инспирисаном Фибоначијевим низом, уочили нову фазу материје. Мада већ и сама та чињеница звучи занимљиво, још је фасцинантније да се овај чудни хир квантне механике понаша као да има две временске димензије, уместо једне. Истраживачи наводе да ова особина чини кубите отпорнијим и робуснијим јер онда могу остати стабилни током целог периода спровођења експеримента.
Та стабилност се назива квантном кохеренцијом и један је од главних темеља за израду савршеног квантног рачунара, али и стање које је најтеже постићи. Kвантни бит или кубит је основна јединица информације у квантном рачунарству. Дакле, могли бисмо рећи да су квантни рачунари састављена од квантних честица, а не од стандардног материјала од којих су начињени дигитални рачунари.
Тим је тестирао своју хипотезу бљескајући ласерима на низ кубита, прво у симетричном низу, затим квазипериодично. Након тога су измерили кохеренцију два кубита. Током периодичне секвенце кубити су били стабилни 1,5 секунди, а за квазипериодичне велих 5,5 секунди – колико је трајао експеримент. Додатна временска симетрија, сматрају научници, додала је још један слој заштите од квантне декохеренције.
За разлику од класичног бита који обрађује информације у једном од два стања, 1 или 0, кубити могу бити у оба истовремено; што се описује као квантна суперпозиција. Но, треба нагласити да се након мерења кубит налази у стању које је измерено. Рачунарски квантни физичар Филип Думитреску из Института Флатирон каже да ово истраживање представља „потпуно другачији начин размишљања о фазама материје”. „Радим на овим теоријским идејама више од пет година и узбудљиво је видети како се остварују у експериментима”, рекао је Думитреску, а преноси Science Alert.
Филип Думитреску (Flatiron)
Математичка природа квантне суперпозиције може бити невероvатно моћна с рачунарског гледишта, односно може олакшати решавање многих проблема. Но помало тајновита, несигурна природа низа кубита такође зависи од тога како су њихова стања међусобно повезана, односно у каквој су спрези. Kвантно спрезање (квантна спрега) јесте феномен у физици који се појављује када парови или групе честица међуделују тако да се квантно стање појединачних честица не може утврдити независно од других честица.
Могло би се рећи да је квантна спрега мистериозна појава у којој су две честице тако снажно међусобно повезане да се понашају као један системн; без обзира да ли се налазе у истој лабораторији или на два различита краја галаксије. Ако измерите својства једне честице, друга ће истог трена попримити супротно својство. Алберт Ајнштајн је овај феномен описао као „мистериозно деловање на даљину”, а научници већ годинама покушавају искористити то занимљиво својство материје.
Но, фрустрирајуће је то што кубити могу доћи у спрегу с готово свим у окружењу, што доводи до грешака. Што је стање кубита деликатније, односно што је више хаоса у његовој околини, то је већи ризик од губитка кохеренције. „Чак и ако све атоме држите под строгом контролом, они могу изгубити своје квантно својство због комуникације са окружењем. До тога може доћи због загревања или интеракције са стварима на начине које нисте планирали”, објаснио је Думитреску. „У пракси, експериментални уређаји имају много извора погрешака који могу деградирати кохеренцију након само неколико ласерских импулса.”
Спровођење симетрије може бити један од начина да се кубити заштите од декохеренције. Примерице, ако ротирамо обичан квадрат за деведесет ступени, он ће остати истог облика. Та га симетрија штити од одређених учинака ротације. Ако кубите циљамо равномерно распоређеним ласерским импулсима, можемо осигурати симетрију која се не темељи на простору, већ на времену. Филип Думитреску и колеге желели су да виде могу ли појачати овај учинак додавањем, не симетричне, већ асиметричне квазипериодичности. То би, теоретски, значило постојање не једне временске симетрије, већ две.
Физичари су спровели експеримент на врхунском комерцијалном квантном рачунару које је дизајнирала компанија Quantinuum. Овај рачунар за кубите користи 10 атома итербијума. Ти се атоми држе у електричној јонској замци, тако да се могу мерити или контролисати путем ласерских импулса. Думитреску и сарадници створили су низ таквих импулса који се темеље на Фибоначијевом низу бројева, где је сваки сегмент збир два претходна сегмента. То резултира следом који је уређен, али се не понавља. Овакви ласерски импулси могу се описати као једнодимензионални приказ дводимензионалног узорка. Теоретски то значи да би потенцијално могли наметнути две временске симетрије на кубите.
Поменути тим је тестирао своју хипотезу бљескајући ласерима на низ кубита, прво у симетричном низу, затим квазипериодично. Након тога су измерили кохеренцију два кубита. Током периодичне секвенце кубити су били стабилни 1,5 секунди, а за квазипериодичне велих 5,5 секунди –колико је трајао експеримент. Додатна временска симетрија, сматрају научници, додала је још један слој заштите од квантне декохеренције.
Истраживање под насловом Dynamical topological phase realized in a trapped-ion quantum simulator објављено је у часопису Nature.
(Индекс)
