Когато електричеството преминава през кварцов кристал, се генерира импулс, чрез който можете да регулирате часовника. От друга страна, след като е започнал да топи кристала на времето, човек може да проникне в най-дълбоките тайни на Вселената.
Екип от изследователи в Япония показа, че квантовите основи на частиците, подредени като времеви кристали, теоретично могат да се използват за представяне на някои доста сложни мрежи, от човешкия мозък до Интернет, тъй като те се разпадат.
“В класическия свят това нямаше да е възможно, тъй като щеше да е необходимо огромно количество изчислителна мощ”, казва Марта Естарелас, инженер по квантови изчисления в Националния институт по информатика (NII) в Токио.
“Ние предлагаме не само нов метод за представяне и разбиране на квантовите процеси, но и нова перспектива за квантовите компютри.”
Откакто за първи път са описани теоретично през 2012 г. от нобеловия лауреат Франк Вилчек, кристалите на времето оспорват самите основи на физиката.
Версията на новото материално състояние е подозрително подобна на вечното движение – частиците периодично се пренареждат, без да консумират или губят енергия, повтаряйки се във времето.
Това е така, защото топлинната енергия, споделяна от съставните им атоми, не може точно да влезе в равновесие с фона.
Това е малко като гореща чаша чай, която остава малко по-гореща от околната среда, независимо колко дълго е на вашата маса. Само тъй като енергията в тези тиктакащи бучки материя не може да бъде използвана другаде, теорията на кристалите на времето избягва да нарушава някакви физически закони.
Само преди няколко години експериментални физици успешно позиционираха линията на йетербиевите йони по такъв начин, че когато бъдат осветени от лазер, техните заплетени електронни спинове ще излязат от равновесие по този начин.
Подобно поведение се наблюдава и в други материали, което дава нови прозрения за това как квантовите взаимодействия могат да се развият в заплетени системи от частици.
Знанието, че има време, подобно на кристално поведение, е добро. Следващият въпрос е: можем ли да използваме тяхната уникалност за нещо практично?
В ново проучване, използвайки набор от инструменти за картографиране на потенциални промени в местоположението на времевия кристал (както е показано във видеото по-долу), изследователите показаха как дискретното унищожаване на устройство с времеви кристали – топенето му – имитира категория на много сложни мрежи.
„Този тип мрежа не е редовна или случайна, но съдържа нетривиални топологични структури, открити в много биологични, социални и технологични системи“, пишат изследователите в своя доклад.
Симулирането на такава сложна система на суперкомпютър може да изисква непрактично дълги периоди от време и значително количество оборудване и енергия, ако е изобщо възможно.
Квантовите изчисления обаче се основават на съвсем различен начин на извършване на изчисления – използвайки математиката на вероятностите, присъщи на материални състояния, наречени „кубити“ преди измерването.
Правилната комбинация от кубити, подредени като времеви кристали, които се люлеят напред-назад, може да представлява сигнали, пътуващи през огромни мрежи от неврони, квантови връзки между молекули или компютри, комуникиращи помежду си по света.
„Използвайки този мулти-кубитов метод, можете да моделирате сложна мрежа с размерите на целия Интернет“, казва физикът от NII теоретик Кей Немото.
Прилагането на наученото за кристалите на времето към тази развиваща се форма на технологията може да ни даде изцяло нов начин за картографиране и моделиране на всичко – от нови лекарства до бъдещи комуникации.
Както и да е, едва ли се докосваме до потенциала на това ново състояние на материята. Въз основа на подобни изследвания можем да бъдем уверени, че времето е на наша страна, когато става въпрос за бъдещето на квантовите изчисления.
Изследването е публикувано в списанието Science Advances.
