Решительный шаг на пути к эффективным квантовым устройствам, близким по функционалу, который им приписывает научная фантастика, только что сделали ученые.
Им впервые удалось объединить отдельные элементы причудливой материи, называемой кристаллом времени (или темпоральным кристаллом) в единую развивающуюся систему. Это достижение приближает эру устойчивых квантовых вычислений.
Два года назад ученые уже наблюдали взаимодействия пары отдельных кристаллов времени. Новое достижение значительно ближе к практической плоскости применения этой новой фазы материи, так как в перспективе оно позволит производить обработку квантовой информации.
Кристалл времени был впервые теоретически предсказан Фрэнком Вильчеком в 2012 году, но поначалу считался физически неосуществимым, пока в 2016 году не были проведены эксперименты, фактически подтверждающие реализуемость (с некоторыми оговорками) темпоральных кристаллов.
Подобно обычным кристаллам, временные кристаллы тоже имеют повторяющуюся структуру, но не в пространстве, а во времени. Оговорка состоит в том, что толчками к циклическому воспроизведению структуры должны служить внешние воздействия - луч лазера, например.
Это должно было бы сводить на нет всю ценность эффекта цикличности, если бы не одна особенность. А точнее две.
Во-первых, частота отклика временной структуры такого кристалла не совпадает с частотой воздействующего возмущения. Поэтому здесь нельзя говорить, что это просто резонанс.
Во-вторых, при возмущающем воздействии темпоральный кристалл не забирает энергию лазера. Данная особенность заставляет вспомнить о втором законе термодинамики, вечном двигателе и демоне Максвелла вместе взятых.
В данном эксперименте ученые имели дело с кристаллами времени на основе магнонов. В их эксперименте это были атомы гелия-3, охлажденные с точностью до 0,0001 градуса абсолютного нуля. При этом получилась сверхтекучая жидкость с нулевой вязкостью и низким давлением - так называемый конденсат Бозе-Эйнштейна.
Из-за того, что в таких условиях атомы практически перестают двигаться, они погружаются в состояние с самой низкой энергией, двигаясь чрезвычайно медленно и сближаясь достаточно близко, чтобы перекрываться, создавая облако атомов высокой плотности, которое действует как один «суператом» или волна материи.
В данном эксперименте двум кристаллам времени дали возможность соприкоснуться друг с другом, в результате чего они обменялись магнонами. Этот обмен повлиял на колебание каждого из кристаллов времени, создав единую систему с возможностью функционирования в двух дискретных состояниях.
Обычно в квантовой физике объекты имеют более одного состояния только до того момента, пока не произведено наблюдение за ними. Вспомним бедного кота Шрёдингера!
Поэтому получение кристалла в системе с двумя известными и без измерения состояниями дает отличные возможности в качестве основы для квантовых технологий.
Однако, для появления возможности практического использования кристаллов времени ученым придется решить еще не мало сопутствующих задач. Например, найти способ создавать их и использовать при комнатной температуре.
Видео по теме: