Fizycy stworzyli niezwykłą fazę materii z dwoma wymiarami czasu

Naukowcy z Centrum Obliczeniowej Fizyki Kwantowej w Instytucie Flatiron w Nowym Jorku stworzyli nową, nigdy wcześniej nie widzianą fazę materii. Jego osobliwością jest to, że atomy mają dwa wymiary czasowe, chociaż istnieją w naszym pojedynczym strumieniu czasu. Fizycy stworzyli tę dziwną fazę materii, wystrzeliwując laser z impulsem opartym na sekwencji Fibonacciego na atomy użyte w komputerze kwantowym. Twierdzą, że może to być przełom w informatyce kwantowej, ponieważ może chronić przechowywane informacje przed błędami, które występują w obecnych metodach przechowywania kwantowego. Degradacja danych nadal występuje, ale w znacznie wolniejszym tempie.

Główny autor artykułu, Philip Dumitrescu, powiedział, że pracuje nad tą teorią od ponad pięciu lat, ale po raz pierwszy została „zrealizowana” w praktycznych eksperymentach. Naukowcy wdrożyli swoją teorię, oświetlając jony pierwiastka iterbu impulsami laserowymi w komputerach kwantowych. Kiedy zderzyły się z jonami w standardowy, powtarzalny wzór (AB, AB, AB…), kubity pozostały kwantowe przez 1,5 sekundy, co, jak stwierdzili, było niesamowitą poprawą.

Kiedy jednak napromieniowali jony impulsami zgodnie z ciągiem Fibonacciego (A, AB, ABA, ABAAB, ABAABABA…), kubity pozostawały kwantowe przez 5,5 sekundy. Wyniki są niezwykłe, biorąc pod uwagę, że średni czas życia kubitu wynosi około 500 nanosekund (0,00000005 sekundy). Ten krótki czas życia wynika z faktu, że kubit opuszcza swój stan kwantowy (gdzie występuje zarówno jako 1, jak i 0) za każdym razem, gdy jest obserwowany lub mierzony. Nawet interakcje z innymi kubitami wystarczą, aby zniszczyć ten stan kwantowy.

Procesy fizyczne, które są podstawą eksperymentu, można zilustrować na mozaikowym wzorze Penrose'a. Podobnie jak typowe kryształy, ten quasikryształ ma stabilną sieć, ale nie powtarzającą się strukturę. Ten wzór jest dwuwymiarową reprezentacją pięciowymiarowej kwadratowej sieci. Naukowcy chcieli stworzyć tę samą symetryczną strukturę, ale zbudowali ją nie w przestrzeni, ale w czasie. Fizycy użyli lasera impulsowego z sekwencją Fibonacciego, aby stworzyć kubit o wyższym wymiarze, który ma „symetrię czasową”. Po „wciśnięciu” w naszą czterowymiarową przestrzeń powstały kubit ma dwa wymiary czasowe. Ten dodatkowy wymiar do pewnego stopnia chroni kubit przed degradacją kwantową. Dotyczy to jednak tylko zewnętrznych „krawędzi” serii 10 jonów iterbu (pierwszy i dziesiąty kubit).

Choć fizycy wykazali, że ta metoda tworzy znacznie bardziej niezawodne kubity, przyznają, że przed nami jeszcze wiele pracy. Ta nowa faza materii może prowadzić do długoterminowego przechowywania informacji kwantowych, ale tylko wtedy, gdy uda im się w jakiś sposób zintegrować ją z komputerem kwantowym.