Пресъздадоха кристал на времето в квантов процесор

Кристалът на времето звучи като научна фантастика, но всъщност е реално явление
(снимка: CC0 Public Domain)

„Кристалите на времето” звучат като някакво фантастично явление, но всъщност са напълно реални. Един такъв кристал вече е интегриран в квантовия процесор Google Sycamore.

Обикновените кристали се характеризират със силно подредена атомна структура в повтарящ се модел. И ако тези атоми се повтарят в пространството, може ли да има други кристали с модел, който се повтаря във времето? И как би изглеждало подобно явление?

През 2012 г. Нобеловият лауреат Франк Вилчек предположи, че така наречените „времеви кристали” могат действително да съществуват, а до 2016 г. дори са били експериментално създадени в лаборатория. По-късни проучвания ги откриват в детски комплект и учените са наблюдавали как взаимодействат един с друг.

В кристала на времето атомите се движат по модел, който се повтаря периодично – например техните спинове (завъртания) се обръщат нагоре и надолу по предвидим шаблон. Но странното е, че този ритъм на движение не съответства на честотата на силата, която го е предизвикала, и в една идеална система атомите ще продължат да се движат безкрайно без допълнително въздействие.

За да стане по-ясно, представете си най-странната купа с желатин в света. Обикновено, ако натиснете надолу върху материала, той ще се размърда за няколко секунди и след това ще спре, докато не го натиснете отново. Това, което може да не очаквате, е вечно люлеене на желатина след само две докосвания – но точно това прави кристалът за време.

Може да изглежда като парадокс, който е твърде близо до вечен двигател, но кристалите на времето технически не нарушават законите на термодинамиката. Енергията се запазва в системата като цяло и ентропията (мярка за безпорядък) не намалява, а остава постоянна.

Наскоро изследователи демонстрираха времеви кристал в квантовия процесор Sycamore на Google. Екипът е обработил решетка от 20 кубита (квантови битове информация) с лазер, за да задейства процеса, става ясно от публикация в Nature. Тогава кубитите започват да обръщат своите спинове само веднъж на всеки два лазерни импулса, нарушавайки симетрията на транслация на времето и създавайки времеви кристал.

Важно е да се отбележи, че, според изследователите, това е първият кристал, който показва „локализация на множество тела” – феномен, който ги поддържа стабилни. В този конкретен експеримент учените са наблюдавали системата само за няколкостотин цикъла, но казват, че са успели да потвърдят дългосрочната стабилност на времевите кристали, използвайки симулации, извършени от самия квантов компютър.