Кристаллы времени могут открыть радикально новое будущее для квантовых компьютеров: ScienceAlert

Путь к квантовому превосходству осложняется сказочной задачей: как поднять облако, не изменив его форму?

Потенциальное решение кажется столь же изобретательным, как и сама проблема. Вы можете заставить облако танцевать во время его путешествия в ритме уникального вещества, известного как кристалл времени.

Кшиштоф Гергель и Кшиштоф Саша из Ягеллонского университета в Польше и Питер Ханнафорд из Технологического университета Суинберна в Австралии предполагают, что новый тип «временной» схемы может справиться с задачей сохранения нечетких состояний кубитов, когда они проходят через бури квантовая логика.

В отличие от описаний объектов, имеющих четко определенные положения и движения, квантовая перспектива той же частицы описывает такие характеристики, как ее положение, импульс и спин, как размытие возможностей.

Это «облако» возможностей лучше всего понять, когда оно изолировано. Как только частица взаимодействует с окружающей средой, разброс ее шансов меняется, подобно шансам бегуна, выигравшего забег на 100 метров на Олимпийских играх, пока, в конце концов, не наблюдается только один результат.

Точно так же, как классический компьютер может использовать бинарные состояния частиц в качестве переключателей «вкл-выкл» в логических элементах, квантовые компьютеры теоретически могут использовать распространение неопределенности в частице для быстрого решения своих собственных алгоритмов, многие из которых были бы непрактичными. или даже невозможно решить старомодным способом.

Задача состоит в том, чтобы как можно дольше удерживать это квантовое облако возможностей, называемое кубитами. С каждым ударом, с каждым электромагнитным ветерком возрастает риск ошибок при подсчете чисел.

Практическим квантовым компьютерам требуются сотни, если не тысячи кубитов, чтобы они оставались нетронутыми в течение длительного периода времени, что делает создание полномасштабной системы огромной проблемой.

Исследователи искали различные способы сделать квантовые вычисления более мощными: либо блокируя отдельные кубиты, чтобы защитить их от потери когерентности, либо создавая вокруг них сети безопасности.

Физики Гергель, Саша и Ханнафорд теперь описали новый подход, который превращает квантовые компьютеры в симфонию кубитов, управляемую палочкой очень странного типа проводника.

Кристаллы времени — это материалы, которые со временем трансформируются в повторяющиеся узоры. Эти «тикающие» системы были теоретизированы более десяти лет назад, и с тех пор были разработаны их версии с использованием мягкого воздействия лазера и чрезвычайно холодных кластеров атомов, где вспышки света посылают частицы в периодические колебания, которые игнорируют лазерную синхронизацию.

В бумаге В новом исследовании, доступном на сервере предварительного обзора arXiv, трио физиков предлагает использовать уникальную периодичность кристалла времени в качестве основы для нового типа темпоральной электронной схемы. Используя микроволны для управления огромным количеством насыщенных информацией кубитов, такая периодичность может помочь уменьшить количество случайных столкновений, ответственных за многие ошибки.

Такая временная цепь постоянно дрейфующих кубитов облегчила бы направление почти любой компьютерной частицы по другому пути, запутывая их квантовый потенциал полезными способами, а не способами, приводящими к ошибкам.

Хотя это предложение все еще остается чисто теоретическим, команда показала, как физика кластеров ионов калия, охлажденных до почти абсолютных температур и управляемых лазерным импульсом, может создать «оркестр» кубитов.

Воплощение этой идеи в практический полномасштабный квантовый компьютер потребует многих лет инноваций и экспериментов, если идея вообще окажется успешной.

Однако теперь, когда мы знаем, что по крайней мере некоторые типы кристаллов времени существуют и могут быть использованы в практических целях, задача переноса облака может оказаться не просто фантастическим предприятием.

Это исследование доступно на сервере предварительного рецензирования. арксиф.