Powstał rekordowo duży kryształ czasu. Co to oznacza dla świata nauki?

Philipp Frey i Stephan Rachel z Uniwersytetu w Melbourne stworzyli rekordowo duży kryształ czasu, który składa się z 57 cząstek kwantowych.

Dziesięć lat temu Frank Wilczek z Massachusetts Institute of Technology wykonał analizy związane z wzorem przestrzennym atomów wchodzących w skład „zwykłych” kryształów. Celem jego badań było wyjaśnienie, skąd bierze się ten wzór. Okazało się, że do jego powstania najprawdopodobniej dochodzi spontanicznie – gdy kilka atomów ustawi się obok siebie, położenie następnego staje się przewidywalne.

Czytaj też: Z katalogu bardzo dziwnej fizyki: stworzono kwantowe ściany domenowe

Wilczek wyobraził sobie układ cząstek kwantowych, oddziałujących ze sobą za pomocą sił, które nie zmieniają się wraz z upływem czasu – miało w nim dochodzić do cyklicznej ewolucji, co okazało się niemożliwe. Kilka lat później inni naukowcy wzięli pod rozwagę układ wielokrotnie stymulowany z użyciem zewnętrznego bodźca. Jaki był efekt? W odpowiednich warunkach możliwe było zachowanie wzorca zmian powtarzającego się z niższą częstotliwością niż sam bodziec.

Kryształy czasu mogą okazać się szczególnie w przypadku komputerów kwantowych

Układ składa się z łańcucha miniaturowych magnesów kwantowych, a ich orientacja może być dowolna. Mogą być skierowane zarówno w górę, jak i w dół, a nawet w obie strony jednocześnie. Magnesy wchodzące w skład łańcucha ustawiają się w przeciwnych kierunkach, a każdy z nich ma tendencję do kierowania się w większym stopniu w jedną ze stron. Stały strumień impulsów magnetycznych okresowo odwraca magnesy, a jeśli warunki będą odpowiednie, to dowolna konfiguracja tych magnesów będzie się obracać w kółko z częstotliwością jednego obrotu na dwa impulsy.

Frey i Rachel stworzyli kryształ czasu złożony z 57 cząstek kwantowych. Jest on więc znacznie większy od poprzedniego, liczącego 20 cząsteczek i wygenerowanego przez naukowców z Google. Dokonania naukowców z Australii pokazują, jak ważną rolę odgrywają komputery kwantowe w symulowaniu złożonych systemów, które wcześniej istniały tylko teoretycznie.

Czytaj też: Kryształy czasu coraz bliżej. Mamy przełom w komputerach kwantowych? Nie tak szybko

Autorzy badań, które zostały niedawno zaprezentowane na łamach Science Advances, wykorzystali kubity, które mogą być ustawione w pozycji 0, 1 lub obu jednocześnie. Można je też zaprogramować tak, by oddziaływały ze sobą na podobnej zasadzie jak magnesy. Okazało się, że w niektórych konfiguracjach każde początkowe ustawienie 57 kubitów, pozostaje stabilne, powracając do pierwotnego stanu co dwa impulsy. Układ ten jest odporny na niedoskonałości, na przykład w postaci niewystarczająco długich impulsów. W przyszłości takie kryształy czasu mogłyby być wykorzystywane do tworzenia odpowiedników pamięci komputerów kwantowych.