|
Создали кристалл времени с супердетализацией
|
|
|
|
В обычных кристаллах (таких как соль или алмазы) атомы расположены в повторяющемся порядке в пространстве. Временной кристалл - это странная новая фаза материи, в которой структура повторяется во времени. В частности, когда вы “нажимаете” на временной кристалл с регулярным ритмом (скажем, раз в секунду), он реагирует колебаниями в другом ритме (скажем, раз в две секунды). Это очень странно — представьте, что вы качаете ребенка на качелях раз в секунду, но качели совершают цикл только каждые две секунды, при этом никогда не теряют энергии и не сбиваются с ритма.
|
|
|
|
Теперь ученые из IBM Quantum и Международного физического центра Donostia (DIPC) в Испании провели моделирование системы частиц, которая может поддерживать уникальное состояние кристалла дискретного времени (DTC) — ценное “неравновесное состояние материи”, которое является перспективным для квантовых вычислительных систем. Поскольку исследование проводилось с помощью квантового процессора, часть лежащих в его основе физических процессов выполнялась непосредственно, в отличие от обычного моделирования. Кубиты (квантовые биты) в процессоре фактически претерпели ту же динамику, что и теоретический временной кристалл, что делает его подлинной физической реализацией, а не математическим приближением, близким к тому, что могло бы существовать в реальной жизни. По мере того как такие модели становятся все более сложными и менее ограниченными, ученые могут разрабатывать более совершенные квантовые схемы для вычислений и других специализированных систем.
|
|
|
|
Статья опубликована в рецензируемом журнале Nature Communications и в конечном итоге показывает, что эта система DTC существует с большей стабильностью, чем когда-либо прежде. В статье авторы объясняют, что до сих пор большинство исследований DTC и других подобных экзотических состояний основывались на очень упрощенных игрушечных моделях. Игрушечные модели содержат как можно меньше переменных при наиболее понятных условиях, что помогает ученым быть уверенными в том, что то, что они наблюдают или предсказывают, связано с их гипотезой, а не является фоновой переменной, и в результате они, как правило, являются первым шагом к разработке более сложных моделей.
|
|
|
|
|
|
|
Итак, со временем ученые пришли к убеждению, что системы DTC ведут себя определенным образом, но это убеждение основано на исследованиях, связанных с упрощенной квантовой системой. Часто это упрощение принимает форму “тушения” системы, что означает, что она претерпевает "однократное быстрое изменение" своего энергетического уровня. Но в реальной жизни квантовая система также может быть "управляемой", что означает, что она работает за счет постоянного или пульсирующего поступления внешней энергии. Эта управляемая система - “ситуация, которая может более точно отражать естественные термодинамические процессы”, - пишут ученые. Действительно, коды неисправностей возникают только в управляемых системах, в которых обмен энергией происходит с течением времени.
|
|
|
|
В своей недавней работе ученые добавили к своей модели второе измерение и более сложную форму решетки, заменив полезную модель Тойзинга на так называемую модель Гейзенберга. Их модель получала постоянную энергию по периодической схеме (или схеме Флоке), и они использовали тензорные сети, в которых большие поля значений умножаются на другие большие поля значений, чтобы математические расчеты были надежными, но точными.
|
|
|
|
Важным выводом из моделирования, проведенного этой командой, является то, что система оказалась гораздо более стабильной, чем предполагали эксперты ранее. Исследователи протестировали как эргодическую (с широким охватом), так и локализованную версии системы с более жесткими ограничениями и обнаружили, что добавление энергетических импульсов повышает стабильность системы, несмотря на нестабильность, присущую таким компонентам, как DTC.
|
|
|
|
Все это, по словам команды, показывает, почему переход к более сложной модели так важен для исследований. Игрушечная модель — отличное начало, но некоторые наблюдаемые параметры появились в этом исследовании только из-за различий в модели Гейзенберга, включая удивительное поведение квантового шрама в DTC. Шрам - это признак того, что частицы в системе ведут себя не совсем хаотично, как мы ожидаем, а вместо этого движутся по одной и той же траектории (по крайней мере, иногда).
|
|
|
|
“Взаимодействия гейзенберговского типа естественным образом возникают в широком спектре физических систем, от одномолекулярных магнитов и металлических цепочек до архитектур на основе квантовых точек”, - пишут исследователи. “Возможность реализации таких моделей в различных экспериментальных условиях подчеркивает более широкую значимость наших результатов, выходящую за рамки конкретной реализации на сверхпроводящих кубитах”.
|
|
|
|
Действительно, полученные результаты могут быть использованы в квантовой механике в целом, поскольку коды неисправностей “демонстрируют макроскопические проявления”, которые могут сохранять квантовые данные в определенных ситуациях, когда считалось, что энергетическое поведение приводит к их стиранию. Если будущее за квантовыми вычислениями, нам понадобятся все устройства защиты от перенапряжения, которые мы сможем получить.
|
|
|
|
Источник
|
