Разрушение кристаллов времени может помочь моделировать сложные сети, подобные человеческому мозгу

При прохождении электричества через кварцевый кристалл генерируется импульс, по которому можно настроить часы. С другой стороны, начав плавление кристалла времени, можно проникнуться самыми глубокими тайнами Вселенной.

Команда исследователей из Японии показала, что квантовые основы частиц, устроенных как кристаллы времени, теоретически могут быть использованы для представления некоторых довольно сложных сетей, от человеческого мозга до Интернета, по мере их разрушения.

«В классическом мире это было бы невозможно, поскольку для этого потребовалось бы огромное количество вычислительных ресурсов», — говорит Марта Эстареллас, инженер по квантовым вычислениям из Национального института информатики (NII) в Токио.

«Мы не только предлагаем новый метод представления и понимания квантовых процессов, но и новый взгляд на квантовые компьютеры».

С тех пор, как они были впервые теоретически описаны в 2012 году лауреатом Нобелевской премии Франком Вильчеком, кристаллы времени бросили вызов самым основам физики.

Версия нового состояния материи подозрительно похожа на вечное движение — частицы периодически перестраиваются, не потребляя и не теряя энергии, повторяясь во времени.

Это связано с тем, что тепловая энергия, разделяемая составляющими их атомами, не может точно прийти в равновесие с фоном.

Это немного похоже на чашку горячего чая, которая остается немного горячее окружающей среды, независимо от того, сколько времени она находится на вашем столе. Только, поскольку энергия в этих тикающих сгустках материи не может быть задействована в другом месте, теория кристаллов времени избегает нарушения любых физических законов.

Всего несколько лет назад физики-экспериментаторы успешно расположили линию ионов иттербия таким образом, что при подсвете лазером их запутанные электронные спины выходили из равновесия именно таким образом.

Подобное поведение наблюдалось и в других материалах, что позволило по-новому взглянуть на то, как квантовые взаимодействия могут развиваться в системах запутанных частиц.

Знание о существовании поведения, подобного кристаллу времени, — это хорошо. Следующий вопрос: можем ли мы использовать их уникальность для чего-нибудь практического?

В новом исследовании, используя набор инструментов, для отображения потенциальных изменений в расположении кристалла времени (как показано на видео ниже), исследователи показали, как дискретное разрушение устройства кристалла времени — его плавление, имитирует категорию очень сложных сетей.

«Этот тип сетей не является регулярным или случайным, но содержит нетривиальные топологические структуры, присутствующие во многих биологических, социальных и технологических системах», — пишут исследователи в своем отчете.

Моделирование такой сложной системы на суперкомпьютере может потребовать непрактично длительных периодов времени и значительного количества оборудования и энергии, и если это вообще возможно.

Квантовые вычисления, однако, основаны на совершенно другом способе выполнения вычислений — при использовании математики вероятности, заложенной в состояниях материи, называемых «кубитами», до измерения.

Правильная комбинация кубитов, расположенных в виде кристаллов времени, качающихся вперед и назад, может представлять сигналы, движущиеся через огромные сети нейронов, квантовые отношения между молекулами или компьютеры, обменивающиеся сообщениями друг с другом по всему миру.

«Используя этот метод с несколькими кубитами, можно смоделировать сложную сеть размером с весь всемирный Интернет», — говорит физик-теоретик NII Каэ Немото.

Применение того, что мы узнаем о кристаллах времени, к этой развивающейся форме технологий может дать нам совершенно новый способ картирования и моделирования чего угодно, от новых лекарств до будущих коммуникаций.

Как бы то ни было, мы почти не касаемся потенциала этого нового состояния материи. Основываясь на подобных исследованиях, мы можем быть уверены, что время на нашей стороне, когда речь идет о будущем квантовых вычислений.

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.