Кристаллы времени звучат как величественные объекты из научно-фантастических фильмов, которые открывают проходы в альтернативные вселенные. Во вселенной Marvel “камень времени” дает обладателям контроль над прошлым, настоящим и будущим. Пока это остается фантазией, ученые годами успешно создавали кристаллы микромасштабного времени-не для питания межгалактических космических кораблей, а для питания сверхсильных компьютеров.
“Кристаллы времени-это как остановка на пути к созданию квантового компьютера”, - сказал Норман Яо, молекулярный физик из Калифорнийского университета в Беркли. Эта область представляет интерес для Google, которая, наряду с физиками из Стэнфордского и Принстонского университетов, утверждает, что разработала “масштабируемый подход” к созданию кристаллов времени с использованием квантового компьютера компании Sycamore. В статье, опубликованной в прошлом месяце на платформе обмена исследованиями Arxiv.org , команда из более чем 100 ученых описывает , как они создали массив из 20 квантовых частиц, или кубитов, чтобы служить кристаллом времени. Во время экспериментов они применяли алгоритмы, которые вращали кубиты вверх и вниз, генерируя управляемую реакцию, которая могла поддерживаться “бесконечно долгое время”, согласно статье.
Такая конструкция позволяет им менять форму с течением времени без потери энергии или перегрева. Поскольку кристаллы времени непрерывно эволюционируют и, по-видимому, не требуют больших затрат энергии, они могут быть полезны для квантовых компьютеров, которые полагаются на чрезвычайно хрупкие кубиты, склонные к распаду.
Квантовые вычисления отягощены трудноуправляемыми кубитами, которые подвержены ошибкам и часто умирают. По словам Яо, который опубликовал план создания кристаллов времени в 2017 году, кристаллы времени могут представить лучший метод поддержания квантовых вычислений.
- Кристаллы времени-это взвешенный эталон, показывающий, что ваша система обладает необходимым уровнем контроля, - сказал Яо.
Ученые, участвующие в исследовании Google, говорят, что они не могут обсуждать свои выводы, поскольку они проходят экспертную оценку.
Однако эта работа затрагивает область, в которой физики давно надеялись на прорыв.
Концепция кристалла времени была впервые предложена в 2012 году Нобелевским лауреатом физиком Франком Вильчеком, который задался вопросом, могут ли атомы быть расположены во времени так же, как они расположены в обычных кристаллах.
По существу, он задавался вопросом, может ли замкнутая система вращаться, колебаться или двигаться повторяющимся образом. Затем последовала здоровая доза пристального внимания со стороны более широкого физического сообщества, годы университетских экспериментов с Вильчеком и без него, а также проверка, возможно ли его видение.
Определение расширилось, включив объекты, которые будут активированы внешним воздействием, таким как встряска, перемешивание или лазерный удар
- Определение несколько расплывчатое. Но если вы хотите назвать это новым состоянием материи, вы хотите, чтобы оно было автономным и не имело движения”, - сказал Вильчек.
Ранние эксперименты накачивали ионы лазерами, чтобы они искусственно пульсировали. Это было полезно, но трудно масштабировать, добавил Вильчек.
К 2017 году ученые из Гарвардского университета и Университета Мэриленда обнаружили, что они создали микро масштабные кристаллы времени при низких температурах в лаборатории. Оба прошли экспертную оценку. Совсем недавно команда из Делфтского технологического университета в Нидерландах опубликовала в июле результаты своего подхода к созданию кристалла времени внутри алмаза. (Эти выводы не подвергались экспертной оценке.)
Кристаллы времени трудно понять, но ученые говорят, что вы можете думать о них как о вечном двигателе, добавляя оговорку ко второму закону термодинамики, который гласит, что любая изолированная система вырождается в более неупорядоченное состояние или энтропию. Их существование также подрывает первый закон движения Ньютона, подробно описывающий, как объект должен реагировать на движение.
Кристаллы времени-это первые созданные объекты, которые спонтанно нарушают “симметрию перемещения времени” или идею о том, что стабильный объект, такой как твердые тела, жидкости, газы и плазма, будет оставаться неизменным в течение всего времени.
Работа Google создала временной кристалл, который функционировал в течение миллисекунд, но исследование выглядит многообещающим, сказал Вильчек. Предполагается, что после того, как оборудование станет более совершенным, полученные кристаллы времени прослужат дольше, добавил он.
“Ничто не вечно, даже алмазы, их протоны в конце концов распадутся”, - сказал Вильчек. “Если вы можете сделать что-то, что имеет поведение кристалла времени, которое длится миллионы циклов или тысячи циклов, оно может поддерживать чувствительные технологии. Вы можете сделать многое, даже если это не идеально”.
Подпишитесь на канал,
чтобы не пропустить новые публикации!
