Учёные из Центра вычислительной квантовой физики Института Флэтайрона в Нью-Йорке создали новую, невиданную ранее фазу материи. Её особенность в том, что атомы имеют два временных измерения, хотя и существуют в нашем едином потоке времени.
Физики создали эту странную фазу материи, запустив лазер с импульсом, основанным на последовательности Фибоначчи, на атомы, используемые внутри квантового компьютера. Они утверждают, что это может стать прорывом в квантовых вычислениях, потому что может защитить хранимую информацию от ошибок, возникающих в современных методах квантового хранения. Деградация данных всё ещё происходит, но гораздо медленнее.
Ведущий автор статьи Филипп Думитреску рассказал, что он работает над этой теорией более пяти лет, но это первый раз, когда она была «реализована» в практических экспериментах.
«[Эта динамическая топологическая фаза] — это совершенно другой способ мышления о фазах материи», — заявил Думитреску.
Исследователи реализовали свою теорию, освещая лазерными импульсами ионы элемента иттербий в квантовых компьютерах. Когда они столкнулись с ионами по стандартной повторяющейся схеме (AB, AB, AB…), получившиеся кубиты оставались квантовыми в течение 1,5 секунды, что, как они отметили, является невероятным улучшением.
Однако когда они облучали ионы импульсами в соответствии с последовательностью Фибоначчи (A, AB, ABA, ABAAB, ABAABABA…), кубиты оставались в сверхсостоянии уже 5,5 секунды. Результаты замечательны, учитывая, что средняя продолжительность жизни кубита составляет около 500 наносекунд (0,00000005 секунды). Эта короткая жизнь связана с тем, что кубит покидает свое сверхсостояние (где он существует одновременно как 1 и 0) всякий раз, когда его наблюдают или измеряют. Даже взаимодействия с другими кубитами достаточно, чтобы разрушить это квантовое состояние.
Физические процессы, лежащие в основе эксперимента, можно проиллюстрировать на мозаичном шаблоне Пенроуза. Подобно типичным кристаллам, этот квазикристалл имеет стабильную решетку, но структуру, которая не повторяется. Этот узор представляет собой двумерное представление пятимерной квадратной решётки.
Исследователи хотели создать такую же симметричную структуру, но построили ее не в пространстве, а во времени. Физики использовали импульсный лазер с последовательностью Фибоначчи для создания кубита более высокого измерения, обладающего «временной симметрией». При «вдавливании» в наше четырехмерное пространство результирующий кубит имеет два временных измерения. Это дополнительное измерение в некоторой степени защищает кубит от квантовой деградации. Однако он применяется только к внешним «краям» серии из 10 ионов иттербия (первый и десятый кубит).
Хотя физики продемонстрировали, что этот метод создает гораздо более надежные кубиты, они признают, что впереди у них еще много работы. Эта новая фаза материи может привести к долговременному хранению квантовой информации, но только если они смогут каким-то образом интегрировать её в квантовый компьютер.
Источник: techspot