Кристаллы времени могут открыть радикально новое будущее для квантовых компьютеров
Путь к квантовому превосходству осложняется сказочной задачей: как нести облако, не меняя его форму?
Потенциальное решение звучит почти так же фантастично, как и сама проблема. Вы можете заставить облако танцевать во время его путешествия в такт уникальному материалу, известному как кристалл времени.
Кшиштоф Гергель и Кшиштоф Саша из Ягеллонского университета в Польше и Питер Ханнафорд из Технологического университета Суинберна в Австралия предполагает, что новый вид «временной» схемы может помочь сохранить туманные состояния кубитов, когда они проходят сквозь бури квантовой логики.
В отличие от описаний объектов как имеющих четко определенные местоположения и движений, квантовая перспектива одной и той же частицы описывает такие характеристики, как ее положение, импульс и спин, как размытие вероятностей.
Это «облако» возможностей лучше всего понимать изолированно. Как только частица взаимодействует с окружающей средой, ее распространение возможностей меняется, как шансы бегуна на победу в спринте на 100 метров на Олимпийских играх, пока, наконец, не наблюдается только один результат.
Так же, как классический компьютер может использовать двоичные состояния частиц как переключатели «вкл-выкл» в логических элементах, квантовые компьютеры теоретически могут использовать распространение неопределенностей в частице для быстрого решения своих собственных алгоритмов, многие из которых были бы непрактичными или даже невозможными для решения старых
Задача заключается в сохранении согласованности этого квантового облака возможностей, называемого кубитом, как можно дольше. С каждым ударом, с каждым электромагнитным ветерком возрастает риск ошибок, которые разрушают процесс вычисления чисел.
Практическим квантовым компьютерам требуются сотни, если не тысячи кубитов, чтобы они оставались неповрежденными в течение длительного периода времени, что делает полную Масштабируемая система представляет собой колоссальную задачу.
Исследователи искали различные способы сделать квантовые вычисления более надежными, либо путем блокировки отдельных кубитов, чтобы защитить их от декогеренции, либо путем создания вокруг них сетей безопасности.
Теперь физики Гиргил, Саша и Ханнафорд описали новый подход, который превращает квантовые компьютеры в симфонию кубитов, управляемую дирижерской палочкой одного очень странного типа проводника.
Кристаллы времени — это материалы, которые преобразуются в повторяющиеся закономерности с течением времени. Версии этих «тикающих» систем, которые были теоретически названы диковинкой чуть более десяти лет назад, с тех пор были разработаны с использованием мягкого толчка лазера и ультрахолодных кластеров атомов, где вспышки света посылают частицы в периодические колебания, которые игнорируют время лазера.
В статье, доступной на сервере предварительного обзора arXiv, трио физиков предлагает использовать уникальную периодичность кристалла времени в качестве основы для нового типа схемы «троники времени». Эта периодичность, используемая для управления тонкими волнами огромного количества насыщенных информацией кубитов, может помочь уменьшить случайные столкновения, которые являются причиной многих ошибок.
Такая временная цепь постоянно дрейфующих кубитов облегчит задачу направлять практически любую из частиц компьютера на путь другой, запутывая их квантовые возможности полезным, а не приводящим к ошибкам способом.
Хотя это предложение остается чисто теоретическим, команда показала, как работает физика групп ионов калия. охлажденный до почти абсолютных температур и управляемый лазерным импульсом, мог бы создать «оркестр» для вальсирующих кубитов.
Воплощение идеи в практический полномасштабный квантовый компьютер потребует многих лет инноваций и экспериментов. если это вообще работает.
Однако теперь, когда мы знаем, что по крайней мере некоторые виды кристаллов времени существуют и могут быть использованы в практических целях, задача нести облако может оказаться не такой уж сказочной задачей после все.
Это исследование доступно на сервере предварительного рецензирования arXiv.
