2329
Використовуючи надпровідний квантовий комп’ютер, фізики створили найскладніший на сьогодні кристал часу — квантовий матеріал із періодичною структурою, що повторюється не в просторі, а в часі.
Експеримент було проведено на системі IBM Quantum System Two — масштабному надпровідному квантовому комп’ютері, призначеному для досліджень складних квантових систем. Команда під керівництвом Ніколаса Лоренте з Міжнародного фізичного центру Доностія використала цю платформу, щоб реалізувати безпрецедентно велику й керовану версію кристала часу, продемонструвавши потенціал квантових комп’ютерів як інструментів для фундаментальних наукових відкриттів.
Звичайні кристали визначаються просторовою періодичністю — атомами, впорядкованими у повторювану ґратку. Натомість «кристал часу» — це квантовий стан, у якому система циклічно повторює одні й ті самі конфігурації в часі, не споживаючи енергію. Колись такі об’єкти вважалися несумісними з фундаментальними законами фізики, але за останнє десятиліття вчені навчилися створювати їх у лабораторіях.
На відміну від більшості попередніх робіт, зосереджених на одновимірних кристалах часу, цього разу дослідники реалізували двовимірну систему. Для цього вони задіяли 144 надпровідні кубіти, розташовані у взаємопов’язаному візерунку, подібному до стільників. Кожен кубіт виконував роль квантової частинки зі спіном, а керовані взаємодії між сусідніми кубітами дозволили відтворити поведінку складного квантового матеріалу.
Ключовим досягненням стало не лише створення найбільшого кристала часу, реалізованого на квантовому комп’ютері, а й побудова його «фазової діаграми» — карти всіх можливих станів системи залежно від параметрів взаємодії. Аналогічно до фазової діаграми води, яка показує перехід між льодом, рідиною та парою, така карта дозволяє глибше зрозуміти властивості квантового матеріалу.
«Двовимірні квантові системи надзвичайно складні для чисельного моделювання», — зазначає Бяо Хуан з Університету Китайської академії наук. «Тому великомасштабне квантове моделювання з більш ніж сотнею кубітів може стати новою точкою відліку для майбутніх досліджень».
Водночас дослідникам довелося поєднувати квантові обчислення з класичними методами. Хоча квантові комп’ютери здатні опрацьовувати рівняння, недоступні для звичайних машин без грубих наближень, вони все ще схильні до помилок. За словами Джеймі Гарсії з IBM Research, «перемикання між наближеними класичними підходами та точними, але шумними квантовими методами може суттєво просунути наше розуміння складної квантової матерії».
У ширшому контексті це дослідження демонструє, що квантові комп’ютери можуть бути корисними не лише для обчислень, а й для дослідження нових станів матерії, включно з такими екзотичними, як кристали часу. У майбутньому це може допомогти пов’язати квантові симуляції з реальними матеріалами та навіть з квантовими сенсорами, відкриваючи шлях до нових технологій, натхненних фундаментальною фізикою.
Квантовий комп’ютер створив найскладніший кристал часу з’явилася спочатку на Цікавості.
