Tijdkristallen kunnen de deur openen naar een radicaal nieuwe toekomst voor kwantumcomputers: ScienceAlert

Het pad naar kwantumsuprematie wordt bemoeilijkt door een fantasierijke uitdaging: hoe til je een wolk op zonder zijn vorm te veranderen?

De mogelijke oplossing lijkt net zo fantasierijk als het probleem. Je kunt de wolk laten dansen terwijl hij reist, op het ritme van een unieke substantie die bekend staat als een tijdkristal.

Krzysztof Giergiel en Krzysztof Sacha van de Jagiellonian Universiteit in Polen en Peter Hannaford van de Swinburne University of Technology in Australië suggereren dat een nieuw soort ‘tijd’-circuit de taak zou kunnen hebben om de mysterieuze toestanden van qubits te behouden terwijl ze door de stormen worden gedragen van het universum. Kwantumlogica.

In tegenstelling tot beschrijvingen van objecten met duidelijk gedefinieerde posities en bewegingen, beschrijft het kwantumperspectief van hetzelfde deeltje kenmerken zoals zijn positie, momentum en rotatie als een waas van mogelijkheden.

Deze ‘wolk’ van mogelijkheden wordt het best begrepen als deze geïsoleerd is. Zodra een deeltje interactie heeft met zijn omgeving, verandert de spreiding van zijn kansen, zoals de kans dat een hardloper de 100 meter race op de Olympische Spelen wint, totdat we uiteindelijk maar één uitkomst waarnemen.

Net zoals een klassieke computer binaire toestanden van deeltjes kan gebruiken als ‘aan-uit’-schakelaars in logische poorten, zouden kwantumcomputers theoretisch de voortplanting van onzekerheden in deeltjes kunnen exploiteren om snel hun eigen soort algoritmen op te lossen, waarvan er vele onpraktisch of zelfs onpraktisch zouden zijn. onmogelijk op de ouderwetse manier op te lossen.

De uitdaging is om die kwantumwolk van potentieel – qubits genoemd – zo lang mogelijk coherent te houden. Bij elke hobbel, bij elke elektromagnetische bries, is er een verhoogd risico op rekenfouten.

Praktische kwantumcomputers hebben honderden, zo niet duizenden qubits nodig om gedurende lange perioden intact te blijven, waardoor een grootschalig systeem een ​​enorme uitdaging wordt.

Onderzoekers hebben verschillende manieren gezocht om quantum computing krachtiger te maken, door individuele qubits te vergrendelen om ze te beschermen tegen decoherentie, of door vangnetten eromheen te bouwen.

Nu hebben natuurkundigen Gergel, Sasha en Hannaford een nieuwe aanpak beschreven die kwantumcomputers verandert in een qubit-symfonie, geleid door het stokje van een heel vreemd soort dirigent.

Tijdkristallen zijn materialen die in de loop van de tijd in zich herhalende patronen transformeren. Iets meer dan tien jaar geleden als exotisch beschouwd, zijn versies van deze ‘getimede’ systemen sindsdien ontwikkeld met behulp van een zacht duwtje van een laser en clusters van zeer koude atomen, waarbij uitbarstingen van licht deeltjes in periodieke fluctuaties sturen die de lasertiming tarten.

Op papier Het trio natuurkundigen, beschikbaar op de arXiv preview-server, stelt voor om de unieke periodiciteit van het tijdkristal te gebruiken als basis voor een nieuw type ‘tijdelektronica’-circuit. Deze periodiciteit wordt gebruikt om microgolven naar grote aantallen met informatie beladen qubits te sturen, en kan helpen de toevallige botsingen die verantwoordelijk zijn voor veel fouten te verminderen.

Zo’n tijdcircuit van voortdurend ronddrijvende qubits zou het gemakkelijk maken om computerdeeltjes een ander pad te sturen, waardoor hun kwantumpotentieel op nuttige in plaats van foutafdwingende manieren zou worden verstrikt.

Hoewel het voorstel nog steeds puur theoretisch is, heeft het team aangetoond hoe de fysica van clusters van kaliumionen, afgekoeld tot bijna absolute temperaturen en gestuurd door een laserpuls, een ‘orkest’ van qubits kan opleveren.

Het vertalen van het idee naar een praktische, volledige kwantumcomputer zal jaren van innovatie en experimenteren vergen, als het idee überhaupt slaagt.

Nu we echter weten dat er op zijn minst enkele soorten tijdkristallen bestaan ​​die voor praktische doeleinden kunnen worden gebruikt, is de uitdaging van het dragen van een wolk misschien toch niet alleen maar een fantasievolle onderneming.

Dit onderzoek is beschikbaar op de preview-server Arksif.