Физики создали кристаллы времени

Квантовая физика иллюстрация

Физик Калифорнийского университета в Беркли Норман Яо пять лет назад впервые описал, как создать кристалл времени — новую форму материи, структуры которой повторяются во времени, а не в пространстве.

После первоначального предложения Яо новые идеи привели к открытию, что кристаллы времени бывают разных форм, каждая из которых стабилизируется своим собственным механизмом.

Работа ученых была опубликована в Science.

Используя новые архитектуры квантовых вычислений, несколько лабораторий вплотную подошли к созданию локализованной версии временного кристалла, состоящей из многих тел, в которой используется беспорядок для поддержания периодически управляемых квантовых кубитов в непрерывном состоянии субгармонического покачивания.

В своей работе Яо и его коллеги из QuTech сообщили о создании многочастичного локализованного кристалла дискретного времени, который просуществовал около восьми секунд, что соответствует 800 периодам колебаний. Они использовали квантовый компьютер на основе алмаза, где кубиты — квантовые биты, аналог двоичных битов в цифровых компьютерах — представляют собой ядерные спины атомов углерода-13, которые встроены в алмаз.

«Хотя идеально изолированный кристалл времени в принципе может жить вечно, любая реальная экспериментальная реализация будет распадаться из-за взаимодействия с окружающей средой. Дальнейшее продление срока службы — следующий рубеж исследований», — сказал Джо Рэндалл из QuTech.

Результаты, впервые опубликованные этим летом на arXiv, были воспроизведены в почти одновременном эксперименте исследователями из Google, Стэнфорда и Принстона с использованием сверхпроводящего квантового компьютера Google Sycamore. В этой демонстрации использовалось 20 кубитов, сделанных из сверхпроводящих алюминиевых полос, и она длилась около восьми десятых секунды. Временные кристаллы Google и QuTech называют фазами материи Флоке, которые являются разновидностью неравновесного материала.

«Очень интересно, что одновременно происходит несколько экспериментальных прорывов. Все эти разные платформы дополняют друг друга. В эксперименте Google используется в два раза больше кубитов. Наш кристалл времени живет примерно в 10 раз дольше», — говорит Тим ​​Таминиау, ведущий исследователь QuTech.

Команда Qutech правильно манипулировала девятью кубитами углерода-13, чтобы удовлетворить критериям формирования многочастичного локализованного кристалла времени.

«Кристалл времени, пожалуй, самый простой пример неравновесной фазы материи. Система QuTech идеально подходит для исследования других неравновесных явлений, включая, например, топологические фазы Флоке», — сказал Яо, доцент физики Калифорнийского университета в Беркли.

Эти результаты последовали вслед за другим наблюдением кристаллов, также с участием группы Яо, опубликованным в Science несколько месяцев назад. Там исследователи наблюдали так называемый кристалл дотеплового времени, в котором субгармонические колебания стабилизируются за счет высокочастотного возбуждения.

Эксперименты проводились в лаборатории Монро в Университете Мэриленда с использованием одномерной цепочки захваченных атомных ионов, той же системы, которая наблюдала первые признаки кристаллической динамики во времени более пяти лет назад. Интересно, что в отличие от многочастичного локализованного временного кристалла, который представляет собой врожденную квантовую фазу Флоке, дотепловые временные кристаллы могут существовать как квантовые, так и как классические фазы вещества.

После исследований у ученых все еще остается много вопросов. Есть ли практическое применение кристаллам времени? Может ли рассеивание помочь продлить срок службы кристалла времени? И, в более общем плане, как и когда управляемые квантовые системы уравновешиваются?

Новые результаты показывают, что спиновые дефекты в твердых телах являются гибкой платформой для экспериментального изучения этих важных открытых вопросов статистической физики.

«Способность изолировать спины от окружающей среды, но при этом контролировать их взаимодействие, дает прекрасную возможность изучить, как информация сохраняется или теряется. Очень интересно наблюдать за тем, что же будет дальше», — сказал аспирант Калифорнийского университета в Беркли Франсиско Мачадо.

Ранее Курсор писал, что физики смогли измерить продолжительность жизни нейтронов. Международная группа исследователей провела самое точное в мире измерение продолжительности жизни нейтрона, которое может помочь ответить на вопросы о ранней Вселенной.

Ученые разгадали многовековую тайну физики. Исследователи Техниона нашли эффективное решение известной проблемы трех тел в физике.

Физики разгадали загадочную тайну нанонауки. Команда физиков раскрыла загадку загадочного явления в области нанонауки: почему некоторые сверхмалые источники тепла остывают быстрее, если поместить их ближе друг к другу.

Курсор писал, что физики впервые создали «атомный торнадо». Ученые создали первый в мире атомный вихревой пучок — закрученный смерч из атомов и молекул с загадочными свойствами, которые еще предстоит понять.

Курсор также сообщал, что физики открыли новый электронный феномен. Исследователи-физики из лаборатории Atomic LEGO Университета Северной Флориды обнаружили новое электронное явление, которое они назвали «асимметричным сегнетоэлектричеством».

Физики впервые подтвердили одну из теорий Стивена Хокинга о черных дырах. Физики впервые экспериментально подтвердили одну из теорий Стивена Хокинга о черных дырах. Теорема Хокинга предсказала, что площадь горизонта событий черной дыры никогда не может уменьшиться.

Кроме этого, физики доказали существование мнимой части квантовой механики. Международная исследовательская группа доказала, что мнимую часть квантовой механики можно наблюдать в действии в реальном мире.

Искусственный интеллект смог решить уравнение Шредингера. Уравнение Шредингера — основное уравнение нерелятивистской квантовой механики, описывающее динамику частиц.

Ранее Курсор писал, что израильские ученые решили старейшую проблему физики.

Физики сомневаются в существующей теории расширения Вселенной.

Курсор сообщал, что на Большом адронном коллайдере нашли новую частицу.

Эксперименты на Большом адронном коллайдере обнаружили отклонения от Стандартной модели.

Ранее Курсор писал, что ученые измерили самую короткую единицу времени, а CERN одобрила план постройки нового огромного адронного коллайдера.

Напомним Курсор сообщал о том, что ученые открыли новое состояние материи.

Читайте последние новости Израиля и мира на канале Курсора в Telegram.

Автор материала:
Таня Нати
ТЭГИ: