Nowy stan skupienia materii i dwa wymiary czasu? Niezwykłe dokonanie fizyków

Wykorzystując lasery do oświetlenia atomów fizycy z kilku instytucji badawczych stworzyli nieobserwowany wcześniej stan skupienia materii. Szczegóły w tej sprawie zostały przedstawione na łamach Nature.

Zacznijmy od tego, że dokonania badaczy mogą być istotne z punktu widzenia przechowywania informacji, które powinny być lepiej chronione przed błędami niż w przypadku alternatywnych konfiguracji stosowanych obecnie w komputerach kwantowych. Ostatecznie taka informacja może istnieć bez zniekształceń znacznie dłużej, co z kolei powinno przełożyć się na postęp w zakresie obliczeń kwantowych.

Czytaj też: Tak powstają materiały, które w teorii nie powinny istnieć

Istotną rolę w całym eksperymencie odegrało 10 jonów atomowych iterbu. Każdy jon był indywidualnie utrzymywany i kontrolowany za pośrednictwem pól elektrycznych wytwarzanych przez pułapkę jonową. Można też było nimi sterować bądź mierzyć z wykorzystaniem impulsów laserowych. Każdy z tych jonów pełnił rolę kubita – te mogą być używane przez komputery kwantowe do przechowywania jeszcze większej ilości informacji. Niestety, istnieją pewne problemy.

Nawet jeśli utrzymujesz wszystkie atomy pod ścisłą kontrolą, mogą one stracić swoją kwantowość poprzez interakcje z otoczeniem, nagrzewanie się lub oddziaływanie z rzeczami w sposób, którego nie przewidziałeś. W praktyce, urządzenia eksperymentalne mają wiele źródeł błędów, które mogą zdegradować koherencję już po kilku impulsach laserowych. wyjaśnia główny autor badań, Philipp Dumitrescu

Z tego względu istotne jest, by kubity cechowały się większą wytrzymałością. Jednym ze sposobów na osiągnięcie tego celu jest dodanie symetrii czasowej poprzez oświetlanie atomów impulsami laserowymi. Dumitrescu i jego współpracownicy postanowili nieco zmodyfikować tę metodę. Zamiast jednej symetrii czasowej, postanowili dodać dwie. Użyli w tym celu uporządkowanych, ale nie powtarzających się impulsów laserowych. Okazało się to skuteczne i doprowadziło do powstania dwuwymiarowego wzoru „upakowanego” do jednego wymiaru. Dzięki takiemu spłaszczeniu w teorii powinny pojawić się dwie symetrie czasowe zamiast jednej.

Czytaj też: 150 tysięcy kubitów w jednym układzie. Komputery kwantowe czeka rewolucja

Aby przekonać się, jak ich rozwiązanie sprawdzi się w praktyce, członkowie zespołu skorzystali z komputera kwantowego Quantinuum. Emitowali impulsy laserowe na kubity zarówno okresowo, jak i w postaci sekwencji opartej na ciągu Fibonacciego. Celem były kubity znajdujące się na obu końcach 10-atomowego składu. Okazały się one pozostawać w stanie kwantowym przez około 1,5 sekundy, a w przypadku okresowych sekwencji czas ten wydłużył się do około 5,5 sekundy. Takie wydłużenie było następstwem obecności dodatkowej symetrii czasowej.