Ученые воссоздали кристалл времени в квантовом процессоре

«Кристаллы времени» звучат как фантастическое явление, но на самом деле они вполне реальны. Один такой кристалл уже интегрирован в квантовый процессор Google Sycamore, сообщает kratko-news.com.

Обычные кристаллы характеризуются высокоупорядоченной атомной структурой с повторяющимся узором. И если эти атомы повторяются в пространстве, могут ли существовать другие кристаллы с узором, повторяющимся во времени? И как бы выглядело такое явление?

В 2012 году лауреат Нобелевской премии Франк Вильчек предположил, что так называемые «временные кристаллы» действительно могут существовать, а к 2016 году они были даже экспериментально созданы в лаборатории. Более поздние исследования обнаружили их в детском наборе, и ученые наблюдали, как они взаимодействуют друг с другом.

В кристалле времени атомы движутся по схеме, которая периодически повторяется — например, их спины (вращения) поворачиваются вверх и вниз по предсказуемой схеме. Но странно то, что этот ритм движения не соответствует частоте вызвавшей его силы, и в идеальной системе атомы будут продолжать двигаться бесконечно без дополнительного воздействия.

Чтобы было понятнее, представьте себе самую странную в мире миску из желатина. Обычно, если вы надавите на материал, он будет двигаться в течение нескольких секунд, а затем остановится, пока вы не нажмете его снова. Чего вы, возможно, не ожидаете, так это постоянного колебания желатина после всего лишь двух прикосновений — но это именно то, что делает кристалл времени.

Это может показаться парадоксом, который слишком близок к вечному двигателю, но кристаллы времени технически не нарушают законы термодинамики. Энергия сохраняется в системе в целом, а энтропия (мера беспорядка) не уменьшается, а остается постоянной.

Исследователи недавно продемонстрировали кристалл времени в квантовом процессоре Sycamore от Google. Согласно публикации в Nature, команда обработала 20-кубитную сетку (квантовые биты информации) с помощью лазера, чтобы запустить процесс. Затем кубиты начинают вращать свои спины только один раз за каждые два лазерных импульса, нарушая симметрию перевода времени и создавая кристалл времени.

Важно отметить, что, по мнению исследователей, это первый кристалл, демонстрирующий «локализацию множества тел» — феномен, который сохраняет их стабильность. В этом конкретном эксперименте ученые наблюдали систему всего несколько сотен циклов, но говорят, что им удалось подтвердить долгосрочную стабильность временных кристаллов, используя моделирование, выполненное самим квантовым компьютером.