REVOLÚCIA: Úplne nové skupenstvo hmoty je v dvoch časových dimenziách naraz

Fyzici objavili pomocou kvantového počítača jedinečnú fázu hmoty po tom, čo osvetľovali qubity tohto zariadenia svetelnými impulzmi časovo rozdelenými tak, aby sa jednalo o Fibonacciho postupnosť. Ako informuje ScienceAlert, táto vzácna vlastnosť má obrovský potenciál v budúcnosti pomôcť práve kvantovým počítačom a dodať im potrebnú stabilitu.

Kvantová koherencia

Schopnosť okupovať dve časové dimenzie naraz umožňuje kvantovým bitom dosahovať oveľa lepšiu stabilitu, ktorá je tiež nazývaná „kvantová koherencia“. Cieľom je skonštruovanie a udržanie kvantového počítača bez chýb, čo je prakticky tá najväčšia výzva kvantovej výpočtovej techniky.

Klasické počítače používajú pri výpočtoch bity, ktoré sa môžu nachádzať v jednom z dvoch možných stavov. Na druhej strane kvantové bity, známe ako qubity, dokážu zaujať oba stavy naraz – táto vlastnosť sa nazýva „kvantová superpozícia“ a v kvantových počítačoch umožňuje rekordne rýchle riešenie matematických problémov.

Len nedávno dokázala kanadská spoločnosť vyriešiť problém pomocou kvantového čipu za 36 mikrosekúnd – klasický superpočítač by potreboval 9 000 rokov. Výhody kvantových počítačov sa skrývajú práve v počítaní podobných komplikovaných matematických problémov či simulovania molekúl, ako to zvládol úplne prvý kvantový čip.

Problematické previazanie

Jedným z najväčších problémov kvantových počítačov je kvantové previazanie častíc. To dokáže vzniknúť medzi qubitom a prakticky čímkoľvek v okolí a výsledkom sú chyby vo výpočtoch. Práve zlepšenie koherencie je jedným z najlepších spôsobov, ktoré predstavujú jedinečný potenciál zažehnania problematického kvantového previazanie, vysvetľujú vedci v novej štúdii, ktorú publikovali v žurnále Nature.

„Aj keď udržiavate atómy pod prísnou kontrolou, dokážu stratiť svoju kvantovosť tým, že začnú komunikovať s okolitým prostredím, oteplia sa alebo začnú interagovať s vecami inak, ako si predstavujete. V praxi majú experimentálne zariadenia množstvo zdrojov chýb, ktoré dokážu narušiť koherenciu už po niekoľkých laserových pulzoch,“ vysvetľuje, podľa Simons Foundation, kvantový fyzik Philipp Dumitrescu.

Quantinuum/Twitter

Laserovými pulzami pripomínajúcimi Fibonacciho sekvenciu vytvorili skupenstvo hmoty, ktoré sa nachádzalo vo dvoch časových dimenziách naraz a teda prechádzalo dvomi symetriami. Vo výsledky dokázali qubity zotrvať až 5,5 sekúnd namiesto pôvodnej 1,5 sekundy.

Môže za to práve dvojitá symetria, ktorá systému poskytla oveľa vyššiu odolnosť a teda lepšiu kvantovú koherenciu. Zatiaľ je však tento experiment ďaleko od toho, aby ho dokázali vedci implementovať do reálnych kvantových počítačov a čaká ich ďalší výskum. V rámci neho majú šancu ešte väčšmi zlepšiť už tak výnimočné parametre tejto metódy.

Lasery a yterbium

Použitý experiment sa skladal z desiatich iónových atómov yterbia. Každý z týchto iónov je presne ovládaný a udržiavaný v požadovanom stave pomocou elektrických polí, píše Phys.org. Takéto miniatúrne zariadenie je tiež známe ako iónová pasca a jej obsah je možné ovplyvňovať laserovými impulzmi.

Yterbium je prvok, ktorý patrí medzi lantanoidy a má protónové číslo 70. Jedná sa o pomerne vzácny prvok a v Zemi sa nachádza v množstvách 3 mg na 1 kg.

Google

Výsledkom experimentu je demonštrácia možnosti použitia tejto metódy na dlhodobé skladovanie kvantových informácií, avšak má jeden háčik. V rámci ďalšieho výskumu je nutné zistiť, akým spôsobom je možné tieto poznatky integrovať do skutočných zariadení. Dumitrescu však na záver dodáva, že na tomto probléme už pracujú.

Čítajte viac z kategórie: Novinky