Podivná nová fáze hmoty působí dojmem, že má dvě časové dimenze  
Co se stane, když blikáte na qubity v komerčním kvantovém počítači periodickými laserovými pulzy? Nic moc vzrušujícího. Pokud ale použijete kvaziperiodickou sekvenci založenou na Fibonacciho posloupnosti, laserové pulzy přenesou na qubity druhou časovou symetrii, která funguje jako magická zbroj proti ztrátě kvantové koherence.
Kvantový počítač. Kredit: Quantinuum.
Kvantový počítač. Kredit: Quantinuum.

Představte si, že vezmete kvantový počítač a na qubity nevinně blikáte laserem v sekvenci, která je odvozená od slavné Fibonacciho posloupnosti. Co by se mohlo stát? Přesně tohle udělal se svými kolegy kvantový fyzik Philipp Dumitrescu z amerického institutu počítačových věd Flatiron Institute a pak jen zírali. Ukázalo se, že tento postup vede k vytvoření doposud nepozorované a divné fáze hmoty, která se chová, jako by měla nikoliv jednu, ale dvě časové dimenze.

 

Philipp Dumitrescu. Kredit: Simons Foundation.
Philipp Dumitrescu. Kredit: Simons Foundation.

Stroj času z toho (nejspíš) nebude, ale podle badatelů tato nová fáze hmoty přispívá k zesílení stability qubitů. Což je přesně to, co potřebujeme pro provoz kvantových počítačů. Tyhle zázračné mašiny těží z kvantové povahy qubitů, která je ale zároveň jejich slabinou. Qubity mají sklon ztrácet koherenci a tím vznikají chyby při kvantových výpočtech. Jak říká Dumitrescu, i když hlídáte qubity jako ostříž, mohou ztrácet svou kvantovou povahu interakcemi s okolím nebo třeba jen zahříváním.

 

Jednou z možností, jak zajistit větší odolnost qubitů, je podpora symetrie. Dumitrescu a spol. ovšem nevyužili symetrii prostorovou, nýbrž časovou. Vycházeli přitom ze svého předchozího výzkumu, v němž navrhovali vytvoření časového kvazikrystalu, uspořádaného, ale nikoliv periodického.

 

Příklad Penroseova dláždění. Kredit: Inductiveload / Wikimedia Commons., volné dílo.
Příklad Penroseova dláždění. Kredit: Inductiveload / Wikimedia Commons., volné dílo.

V novém výzkumu využili komerční kvantový počítač společnosti Quantinuum. Ten má jako qubity 10 atomů ytterbia, uzavřených v elektrické iontové pasti, s nimiž lze pracovat pomocí laserových paprsků. Badatelé vytvořili kvaziperiodickou sekvenci laserových pulzů, která je založena na Fibonacciho posloupnosti. Tato sekvence je uspořádaná, ale neobsahuje opakující se prvky. Podobně jako navrhované časové kvazikrystaly.

 

Kvazikrystaly lze matematicky popsat jako méněrozměrné segmenty vícerozměrných struktur. Například proslulé Penroseovo dláždění vlastně představuje dvojrozměrný řez pětirozměrné hyperkrychle. Podobně je možné považovat sekvenci laserových pulzů v tomto výzkumu za jednorozměrné vyjádření dvojrozměrného uspořádání. Díky tomu lze blikáním laseru vložit do qubitu dvě časové symetrie.

 

Zní to velmi matematicky. V tomto případě je ale výhodou, že abstraktní výpočty lze ověřit jednoduchým experimentem. Vědci prostě blikali na qubity svou kvaziperiodickou a pak normálně periodickou sekvencí laserových pulzů a následně měřili koherenci 2 krajních qubitů v iontové pasti zmíněného kvantového počítače.

 

Dopadlo to vcelku jednoznačně. Po ozáření periodickými pulzy vydržela koherence qubitů 1,5 sekund. Po kvaziperiodické sekvenci pulzů se koherence qubitů udržela 5,5 sekund, což byla kompletní délka experimentu. Vše nasvědčuje tomu, že přidání další časové symetrie dramaticky zvyšuje odolnost qubitů vůči ztrátě koherence.

 

Video: Philipp Dumitrescu - Dynamic phases in quasiperiodically driven quantum many-body systems

 

Literatura

MIKE WHEATLEY: „Quantum computing service provider Quantinuum boosts its hardware to 20 qubits“ Siliconangle.

Datum: 21.07.2022
Tisk článku

Související články:

Fyzici poprvé změřili dobu koherence grafenových qubitů     Autor: Stanislav Mihulka (03.01.2019)
Překvapivý průlom: Vědci vytvořili kvantové stavy v běžné elektronice     Autor: Stanislav Mihulka (22.12.2019)
Jak udržet kvantový stav téměř po celou věčnost?     Autor: Stanislav Mihulka (25.08.2020)



Diskuze:

Prožíváme vzrušující pravěk cesty do nitra hmoty.

Pavel Molík,2022-07-23 12:29:50

A je nabíledni reálný předpoklad, že na této cestě zažijeme překvapení non plus ultra. Lze jen dodat, že každá částice, každé vlnění, každá energie má podstatu, jejíž nedílnou součástí je nehmotná informace, takže ony částice ví co mají dělat atd. Lze se dohadovat o původu oné informace - zda-li ji vložila super vyspělá civilizace, která nám nastavila stávající Vesmír s určitými parametry a téměř nekonečným počtem různých větších či menších překvapení a teď se zájmem sleduje pinožení naší pozemské civilizace, nebo zda-li tak učinil Bůh, o jehož existenci se odůvodněně vedou spory. Onen bůh vždy sloužil a dál slouží jako berlička pro vysvětlení nevysvětlitelných jevů, což ovšem neznamená, že (ne)existuje.

Odpovědět


Re: Prožíváme vzrušující pravěk cesty do nitra hmoty.

Z Z,2022-07-24 05:22:19

Nie je takéto zamontovanie Boha značne násilné?
Niektorí majú asi silnú potrebu predstavy existencie takej imaginárnej bytosti.

Odpovědět


Re: Re: Prožíváme vzrušující pravěk cesty do nitra hmoty.

Miroslav B,2022-07-26 21:50:48

samozrejme ze je, ale pre niektorych je to schodnejsia=jednoduchsia cesta / sposob ako sa s tym vyrovnat

Odpovědět

Varování

Pepa Vondrák,2022-07-22 09:35:38

Jestli jste si nevšimli, je to samé varování. Pak vám z toho vylezle oslizlé, chlupaté, zlé stvoření a vysaje vám mozek. A pak jen řeknu, já vám to říkal.

Odpovědět

zvedavý laik

Gábor Vlkolinský,2022-07-22 07:28:24

No vidíte, ako je sprostá Fibonacciho postupnosť čísel nebezpečná. Na Slovensku bol jeden pán odsúdený za to, že vypísal dobročinný šek na určité nebezpečné číslo.

Odpovědět


Re: zvedavý laik

Pavel Molík,2022-07-23 12:42:20

Ano, lidská blbost je téměř nesmrtelná resp. neporazitelná a neustále se dokáže do nových "přesvědčivějších" resp. "věrohodnějších" podob metamorfovat. Takže pořád musíme znovu a znovu odhalovat onu blbost v různých nových podobách a čelit nebezpečím, které ona blbost produkuje. Nyní lidská blbost na sebe vzala i podobu propagandisticky prosazované uhlíkové neutrality a dalších dogmat na bázi nerealistického pokusu ovlivňovat klima na planetě. Bolševici chtěli poroučet větru a dešti, ovšem magoři typu šílené Uršuly či pomatené Grety a spol. dokonce chtějí poroučet i klimatickým změnám. Možná nakonec přijde nějaký další nadšenec, jehož hnutí bude prosazovat další nová dogmata, jejichž realizace sníží intenzitu slunečního záření, aby se dál planeta neoteplovala. Alchymista kladivem rozbíjející atom v laboratoři na dvoře Rudolfa II. uvažoval rozumněji než současní magoři z vedoucích struktur EU.

Odpovědět

Marketing

Marek Fucila,2022-07-22 02:48:04

Nájde sa nikto, kto tomu rozumie?
Z môjho laického pohľadu je to skôr dobrá reklama na svoju prácu ako popis reality.

Teda neviem ako presne súvisí čerstvá správa s priloženou prednáškou. Čo som pochopil, Dumitrescu popisuje simuláciu a teraz sa im to asi podarilo experimentálne overiť.
Problém, ktorý riešia je udržanie qubitov v stave superpozície čo najdlhšie. Ak na to používajú laser s nejakou frekvenciou pulzov, táto pravidelnosť spôsobí, že sa častice qubitu dostanú do rezonancie a dôjde k predčasnej dekoherencii. Prišli teda s tým, že vytvorili kvaziperiodicky pulzujúci laser. Tam sa teda nachádza množstvo frekvenčných zložiek a úspešne predĺžili stabilitu quibitu.
Kvaziperiodicitu dosiahli dvoma frekvenčnými generátormi, pričom ide o Fibonacciho postupnoť.
V prednáške spomína Penroseove dlaždice, ktoré sú usporiadané kvaziperiodicky. Pre mňa zaujímavá novinka je, že sa na kvaziperodickosť dá v tomto prípade pozerť ako na dvojrozmerný rez päťrozmernou hyperkockou pod iracionálnzm uhlom. Medzi riadkami teda čítam, že sa dá každá kvaziperiodicita nammodelovať ako "škaredý" rez periodického objektu vyššej dimenzie.
Do "skladačkyy" mi chýba pochopenie, ako súvisí Fibonacciho postupnosť s kváziperiodicitou, lebo v štandardnej verzii je to len rastúca postupnosť. Ale oni z toho mali oscilujúci signál.

Zjednosušene povedané teda vygenerovali kvziperiodický jednosrozmerný signál, ktorým udržali qubit dlhšie pri živote. Na ten signál sa dá pozerať aj ako na rez časovo dvojrozmernou periodickou mriežkou pod ircionálnym uhlom. Z toho svetom obehla správa, že hmota má fázu, kedy má dve časové dimenzie. Je to pravda asi tak, ako že Penroseove dlaždice majú 5 priestorových rozmerov.

Odpovědět


Re: Marketing

Vladimír Bzdušek,2022-07-22 08:17:36

Slovami klasika: "Som z toho voláký zmetený". Nie ste v tom sám, ako urgentné opatrenie by som navrhoval označovať takéto články výrazným textom: "Čítate na vlastné riziko"

Odpovědět

Z

Viktor Spicka,2022-07-22 00:44:49

Teď ještě dohnat kvantovou fyziku alespoň příručkou pro hlupáky ;)

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku








Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace