Kryształy czasu mogą otworzyć radykalnie nową przyszłość komputerów kwantowych: ScienceAlert

Drogę do supremacji kwantowej komplikuje bajkowe wyzwanie – jak unieść chmurę, nie zmieniając jej kształtu?

Potencjalne rozwiązanie wydaje się równie fantazyjne jak sam problem. Możesz skierować chmurę, aby tańczyła w rytm jej ruchu, w rytmie unikalnej substancji zwanej Kryształem Czasu.

Krzysztof Giergiel i Krzysztof Sacha z Uniwersytetu Jagiellońskiego w Polsce oraz Peter Hannaford z Politechniki w Swinburne w Australii sugerują, że nowy rodzaj obwodu „czasowego” może sprostać zadaniu zachowania tajemniczych stanów kubitów przenoszonych przez burze Wszechświata. Logika kwantowa.

W przeciwieństwie do opisów obiektów jako mających jasno określone pozycje i ruchy, perspektywa kwantowa tej samej cząstki opisuje takie cechy, jak jej położenie, pęd i spin, jako rozmycie możliwości.

Tę „chmurę” możliwości najlepiej zrozumieć, gdy jest izolowana. Gdy cząstka wchodzi w interakcję ze swoim otoczeniem, rozkład jej prawdopodobieństw zmienia się, podobnie jak szanse biegacza na wygranie biegu na 100 metrów na igrzyskach olimpijskich, aż w końcu obserwujemy tylko jeden wynik.

Tak jak klasyczny komputer może wykorzystywać binarne stany cząstek jako przełączniki „włącz-wyłącz” w bramkach logicznych, komputery kwantowe mogłyby teoretycznie wykorzystać propagację niepewności w cząstkach, aby szybko rozwiązać własne rodzaje algorytmów, z których wiele byłoby niepraktycznych lub nawet nie da się rozwiązać w staromodny sposób.

Wyzwanie polega na utrzymaniu spójności kwantowej chmury potencjału – zwanej kubitami – tak długo, jak to możliwe. Każde uderzenie, każdy powiew elektromagnetyczny wiąże się ze zwiększonym ryzykiem błędów związanych z przetwarzaniem liczb.

Praktyczne komputery kwantowe wymagają setek, jeśli nie tysięcy kubitów, aby pozostały nienaruszone przez długi czas, co sprawia, że ​​system wielkoskalowy jest ogromnym wyzwaniem.

Naukowcy poszukiwali różnych sposobów zwiększenia wydajności obliczeń kwantowych, albo poprzez blokowanie poszczególnych kubitów w celu ochrony ich przed dekoherencją, albo budowanie wokół nich sieci bezpieczeństwa.

Fizycy Gergel, Sasha i Hannaford opisali teraz nowe podejście, które zamienia komputery kwantowe w symfonię kubitów, kierowaną batutą bardzo dziwnego rodzaju przewodnika.

Kryształy czasu to materiały, które z biegiem czasu przekształcają się w powtarzające się wzory. Nieco ponad dziesięć lat temu postrzegane jako egzotyczne, wersje tych „czasowych” systemów zostały opracowane przy użyciu delikatnego szturchnięcia laserem i skupisk bardzo zimnych atomów, gdzie wybuchy światła wprawiają cząstki w okresowe fluktuacje, które przeciwstawiają się synchronizacji lasera.

W papierze W nowym badaniu dostępnym na serwerze wstępnej recenzji arXiv trójka fizyków proponuje wykorzystanie unikalnej okresowości kryształu czasu jako podstawy nowego typu czasowego obwodu elektronicznego. Dzięki wykorzystaniu mikrofal do kierowania ogromną liczbą kubitów obciążonych informacjami ta okresowość może pomóc w ograniczeniu przypadkowych kolizji odpowiedzialnych za wiele błędów.

Taki obwód czasowy stale dryfujących kubitów ułatwiłby skierowanie dowolnej cząsteczki komputera inną ścieżką, splątując jej potencjał kwantowy w użyteczny, a nie wymuszający błędy sposób.

Chociaż propozycja jest nadal czysto teoretyczna, zespół wykazał, w jaki sposób fizyka skupisk jonów potasu schłodzonych do temperatur bliskich absolutnych i kierowanych przez impuls laserowy może zapewnić „orkiestrę” kubitów.

Przełożenie tego pomysłu na praktyczny, wielkoskalowy komputer kwantowy będzie wymagało lat innowacji i eksperymentów, jeśli w ogóle zadziała.

Ale teraz, gdy wiemy, że istnieją przynajmniej niektóre rodzaje kryształów czasu i można je wykorzystać do celów praktycznych, wyzwanie polegające na przenoszeniu chmury może wcale nie być tak wymyślnym zadaniem.

To badanie jest dostępne na serwerze wersji wstępnej Arksif.