Кристалите на времето могат да отворят радикално ново бъдеще за квантовите компютри: ScienceAlert

Пътят към квантовото надмощие е усложнен от приказно предизвикателство – как да повдигнете облак, без да промените формата му?

Потенциалното решение изглежда толкова фантастично, колкото и самият проблем. Можете да насочите облака да танцува, докато се движи, в ритъма на уникално вещество, известно като Времеви кристал.

Krzysztof Gergel и Krzysztof Sasha от Ягелонския университет в Полша и Питър Ханафорд от Технологичния университет Суинбърн в Австралия предполагат, че нов тип „времева“ верига може да се справи със задачата да запази размитите състояния на кубитите, докато преминават през бурите на квантова логика.

За разлика от описанията на обекти като имащи ясно дефинирани позиции и движения, квантовата перспектива на същата частица описва характеристики като нейната позиция, импулс и въртене като размиване на възможности.

Този „облак“ от възможности се разбира най-добре изолирано. След като една частица взаимодейства със своята среда, разпределението на вероятностите се променя като шансовете на бегач да спечели бягането на 100 метра на Олимпийските игри, докато накрая се наблюдава само един резултат.

Точно както класическият компютър може да използва двоичните състояния на частиците като превключватели „включено-изключено“ в логическите порти, квантовите компютри биха могли теоретично да използват разпространението на несигурността в частицата, за да решат бързо свои собствени видове алгоритми, много от които биха били непрактични или дори невъзможно да се реши по старомодния начин.

Предизвикателството е да се запази този квантов облак от потенциал – наричан кубити – кохерентен възможно най-дълго. С всеки сблъсък, всеки електромагнитен полъх идва повишен риск от грешки при разбиване на числата.

Практическите квантови компютри изискват стотици, ако не и хиляди, кубити, за да останат непокътнати за дълги периоди, което прави една широкомащабна система огромно предизвикателство.

Изследователите са търсили различни начини да направят квантовите изчисления по-мощни, или чрез заключване на отделни кубити, за да ги предпазят от декохерентност, или чрез изграждане на предпазни мрежи около тях.

Сега физиците Гергел, Саша и Ханафорд описаха нов подход, който превръща квантовите компютри в кубит симфония, ръководена от палката на много странен вид диригент.

Времевите кристали са материали, които се трансформират в повтарящи се модели с течение на времето. Тези „тиктакащи“ системи бяха теоретизирани преди повече от десетилетие и оттогава бяха разработени техни версии с помощта на лекото натискане на лазер и изключително студени клъстери от атоми, където изблици на светлина изпращат частици в периодични флуктуации, които се противопоставят на лазерното време.

На хартия Достъпно на сървъра за предварителен преглед на arXiv, триото физици предлага използването на уникалната периодичност на времевия кристал като основа за нов тип верига за „времева електроника“. Тази периодичност се използва за насочване на микровълните към голям брой натоварени с информация кубити и може да помогне за намаляване на случайните сблъсъци, отговорни за много грешки.

Такава времева верига от постоянно движещи се кубити би улеснила насочването на всяка от компютърните частици по друг път, заплитайки техния квантов потенциал по полезни, а не налагащи грешки начини.

Въпреки че предложението все още е чисто теоретично, екипът показа как физиката на клъстери от калиеви йони, охладени до почти абсолютни температури и насочени от лазерен импулс, може да осигури „оркестър“ за валс на кубити.

Превеждането на идеята в практичен, мащабен квантов компютър ще изисква години на иновации и експерименти, ако изобщо работи.

Но сега, когато знаем, че поне някои видове времеви кристали съществуват и могат да се използват за практически цели, предизвикателството да носиш облак може да не е толкова фантастична задача в крайна сметка.

Това проучване е достъпно на сървъра за предварителен преглед arXiv.