Новая фаза материи в квантовом компьютере имеет два временных измерения
Международная команда ученых создала новую фазу материи, которая имеет два временных измерения. Для этого исследователи подвергали кубиты квантового компьютера упорядоченным, но неповторяющимся лазерным импульсам в последовательности Фибоначчи. Оказалось, что этот способ хранения информации гораздо более надежен и меньше подвержен ошибкам. Статья опубликована в журнале Nature.
В отличие от бита обычного компьютера, который содержит информацию «0» или «1», кубит — бит квантового компьютера — находится в суперпозиции этих состояний. Эта дополнительная информационная плотность позволит квантовым компьютерам решать вычислительные задачи, выходящие за рамки возможностей обычных компьютеров. Однако взаимодействие кубитов с окружающей средой быстро разрушает суперпозицию.
Чтобы сделать кубиты более надежными, ученые используют симметрию — свойство, которое можно изменять. Один из методов — добавление временной симметрии путем взрыва атомов ритмичными лазерными импульсами. Теперь международная команда ученых попыталась добавить две временные симметрии, используя упорядоченные, но неповторяющиеся лазерные импульсы. Такие импульсы подобны квазикристаллу. Типичный кристалл имеет правильную повторяющуюся структуру, тогда как в квазикристалле все еще есть порядок, но его узоры никогда не повторяются. Кроме того, квазикристаллы представляют собой кристаллы из более высоких измерений, спроецированные в трехмерное измерение.
Ученые решили создать квазикристалл во времени, а не в пространстве. Для этого они создали квазипериодический режим лазерного излучения, основанный на законе Фибоначчи — последовательности, в которой каждое следующее значение является суммой двух предыдущих. Она, как и квазикристалл, упорядочена без повторения, а кроме того, это двухмерный паттерн, сжатый в одно измерение. Это выравнивание измерений теоретически приводит к двум временным симметриям вместо одной. Система получает дополнительную симметрию от несуществующего дополнительного временного измерения.
Используя квантовый компьютер Quantinuum, ученые проверили свою теорию. Они посылали лазерные импульсы на 10 кубитов компьютера периодически и в последовательности Фибоначчи. Основное внимание уделялось кубитам на краях, так как именно там исследователи ожидали увидеть новую фазу материи, имеющую сразу две временные симметрии. В периодическом тесте краевые кубиты оставались квантовыми примерно 1,5 секунды — уже достаточно хороший результат, учитывая, что кубиты сильно взаимодействовали друг с другом. При квазипериодическом паттерне импульсов кубиты оставались квантовыми на протяжении всего эксперимента, около 5,5 секунды.
Таким образом, дополнительная временная симметрия обеспечивала большую защиту и новая фаза материи может служить долгосрочным хранилищем квантовой информации. Теперь исследователи планируют интегрировать эту фазу с вычислительной стороной квантовых вычислений.