Časové kryštály sú opäť v správach. Objavila sa nová štúdia o časových kryštáloch – novej fáze hmoty, ktorá otvára veľké vyhliadky pre budúcnosť kvantových počítačov. Tentoraz vedci tvrdia, že na pozorovanie stabilného časového kryštálu bol použitý kvantový hardvér Sycamore od Googlu.
Čo je to časový kryštál?
Ak nie ste fyzik, povaha časového kryštálu je pravdepodobne ťažké pochopiť. Vedci zo Stanfordskej univerzity, jednej z inštitúcií stojacich za novou štúdiou, opisujú túto fázu hmoty ako „hodiny, ktoré bežia večne bez batérií“. Google sa snaží veci ešte viac zjednodušiť tým, že na svojom blogu vysvetľuje, že časové kryštály sa skladajú z atómov, ktoré tvoria „štruktúru hojdania […] v čase“.
Keď si niekto predstaví kryštály, s najväčšou pravdepodobnosťou si predstaví niečo podobné ako drahé kamene. Tieto kryštály však pozostávajú z vrstiev atómov, ktoré, ak sú pozorované na mikroskopickej úrovni, vytvárajú vzory, ktoré sa opakujú v priestore. Časové kryštály sú odlišné – a zdá sa, že popierajú prírodné zákony – v tom, že atómy sa v čase donekonečna opakujú bez akejkoľvek ďalšej energie alebo entropie.
Stanford poznamenáva, že časové kryštály v skutočnosti neporušujú fyzikálne zákony, pretože ich entropia „zostáva v priebehu času konštantná, pričom čiastočne spĺňa druhý zákon termodynamiky bez toho, aby sa rozpadla“. Koncept časových kryštálov – teda stabilnej hmoty zloženej z atómov, ktoré tvoria oscilujúci vzor v čase – bol navrhnutý pred niekoľkými rokmi, no nové vytvorenie časového kryštálu je obrovským míľnikom v oblasti kvantovej fyziky.
Kreatívny prielom
Nový prielom pochádza od výskumníkov z Google Quantum AI, Stanfordskej univerzity, Oxfordskej univerzity a Inštitútu Maxa Plancka pre fyziku komplexných systémov. Tento nový vývoj je prvým príkladom časového kryštálu, ktorý vykazuje tzv lokalizácia mnohých tiel - stav, ktorý bol dosiahnutý pri predchádzajúcich pokusoch s „takmer časovým kryštálom“.
Kvantový výpočtový hardvér Sycamore od Google Quantum AI bol nápomocný pri vývoji. Projekt zahŕňal použitie zariadenia na testovanie časového kryštálu. Kvantové výpočty – v našom prípade na procesore Sycamore – nám umožňujú pozorovať fluktuácie v čase tým, že akceptujeme tvrdenie o stabilite časového kryštálu a na jeho demonštráciu použijeme tvrdé dáta. Stanford poznamenáva, že kvantový výpočtový hardvér je nedokonalý a má „konečnú veľkosť a časovú koherenciu“, ale výskumníkom sa tieto obmedzenia podarilo prekonať pomocou rôznych protokolov.
V tomto experimente sa použilo zariadenie Google Quantum AI na zasiahnutie časového kryštálu 20 rotáciami kvantových bitov informácií (qubitov), pričom bolo pozorovaných niekoľko stoviek oscilačných cyklov, pretože je nemožné donekonečna pozorovať časový kryštál po stáročia, aby sme sa uistili, že jeho stabilitu.
Čo bude ďalej
Vytvorenie novej fázy hmoty je určite zaujímavé na základnej úrovni. Ukazuje vzrušujúcu budúcnosť, ktorú kvantová výpočtová technika sľubuje, aspoň pokiaľ ide o vedecké objavy a budúce kvantové inovácie, ktoré sa môžu objaviť v rôznych oblastiach.
Google vysvetľuje, že pred vytvorením skutočného kvantového počítača je potrebné vykonať ešte veľa práce, hoci divízia Quantum AI očakáva, že v priebehu tohto desaťročia vyvinie „užitočný kvantový počítač na opravu chýb“.
Spoločnosť strávila roky vývojom algoritmov a teórií, ktoré budú hrať kľúčovú úlohu v kvantovom počítači na opravu chýb. Kvantové procesory spoločnosti zatiaľ ponúkajú vedcom spôsob, ako spoľahlivo modelovať stabilné časové kryštály, čím sa otvárajú dvere do nového sveta výskumu nových fáz hmoty.
Prečítajte si tiež: