Natuurkundigen creëren het grootste tijdkristal tot nu toe met behulp van kwantumcomputers

Natuurkundigen hebben met succes een kwantumcomputer in Australië geleerd om een ​​tijdkristal van recordformaat te simuleren. Onderzoek kan de weg vrijmaken voor nieuwe manieren om informatie op te slaan.

Een kristal dat in een cyclus blijft terugkeren naar zijn basistoestand

vervolgens Wetenschap Tijdschrift De onderzoekers slaagden erin een tijdkristal te creëren dat bestaat uit 57 kwantumdeeltjes. Dit is een aanzienlijke toename ten opzichte van het 20-deeltjestijdkristal dat wetenschappers bij Google vorig jaar hebben gemaakt. Volgens de onderzoekers is het nieuwe tijdkristal te groot voor een conventionele computer om te simuleren.

Een tijdkristal is een in wezen hypothetisch object met een periodieke structuur in zijn faseruimte die anders niet zou bestaan. Dit betekent dat de kristaltijd zich keer op keer herhaalt. Dienovereenkomstig kan men zich een kristal voorstellen als een systeem gevangen in een eeuwigdurende cyclus.

Onderzoekers maken onmogelijke voorspellingen werkelijkheid

De term werd tien jaar geleden voor het eerst gebruikt toen Nobelprijswinnaar Frank Wilczek van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) nadacht over de ruimtelijke structuur van atomen in een gewoon kristal. Hij vroeg zichzelf iets fundamenteels af: hoe komt dit patroon tot stand?

Het patroon in de atomen volgt niet echt wat de vergelijkingen zeggen over de krachten tussen atomen. Veel hangt af van hoe cool het is. Wanneer sommige atomen dicht bij elkaar komen, wordt het gemakkelijk om de positie van het volgende atoom te voorspellen. Dit gebeurt zelfs als het niet expliciet in de vergelijkingen wordt vermeld.

De vraag is nu of deze overwegingen ook in de toekomst kunnen worden doorgevoerd. Dit is hoe je je een kwantumdeeltjessysteem voorstelt dat op elkaar inwerkt via krachten die in de loop van de tijd niet veranderen. Dit systeem moet echter periodieke ontwikkelingen kunnen detecteren, ook bij een laag energieverbruik. Het gedachte-experiment bleek echter een ongrijpbaar doel.

In 2016 hebben twee nieuwe onderzoeken het concept echter nieuw leven ingeblazen toen ze een mechanisme in overweging namen dat herhaaldelijk wordt geactiveerd door een kracht van buitenaf. Ze ontdekten dat als aan bepaalde voorwaarden werd voldaan, het in de loop van de tijd een veranderingspatroon zou kunnen aannemen dat terugkeert als een echo met een frequentie die lager is dan die van de stimulus. Tijdkristal werd voor het eerst ontdekt.

Qubits werken als magneten

Het apparaat bestaat uit een reeks kleine kwantummechanische magneten die, dankzij de eigenaardige principes van de kwantummechanica, niet alleen omhoog of omlaag kunnen wijzen, maar tegelijkertijd in beide richtingen. Naburige magneten in een serie hebben de neiging om in tegengestelde richtingen op één lijn te komen, waardoor hun energie wordt verlaagd, terwijl een willekeurig lokaal magnetisch veld ervoor zorgt dat elke magneet in de ene of de andere richting wijst.

De continue werking van de magnetische pulsen zorgt ervoor dat de magneet om de twee pulsen draait. Het punt van het apparaat is dat elke magneetconfiguratie steeds opnieuw om zijn as draait.

Dit concept is aangetoond in verschillende systemen, van elektronen die rond diamanten zoemen tot ionen die in een val zitten. Het is ook gemaakt met behulp van kwantumqubits, of qubits, in een kwantumcomputer.

Philip Fry en Stefan Rachel, natuurkundigen aan de Universiteit van Melbourne, hebben nu een veel groter bewijs van qubit geproduceerd. Ze voerden het experiment uit via een netwerk van kwantumcomputers van IBM in de Verenigde Staten. Dit is mogelijk omdat qubits zich op dezelfde manier kunnen gedragen als een magneet. Ze hebben de waarde 0.1 of beide waarden tegelijk.

De onderzoekers ontdekten dat voor bepaalde configuraties van hun interacties, elke initiële instelling van 57 qubits, zoals 01101101110… constant blijft gedurende twee pulsen en na elke twee pulsen terugkeert naar de oorspronkelijke staat.

afbeelding Rostislav Uzunov Op Pixabay