Da die Quantum Der Computerwettlauf verschärft sichViele Unternehmen in allen Ländern geben Milliarden für verschiedene Qubit-Technologien aus, um die Technologie zu stabilisieren und zu kommerzialisieren. Es ist zwar noch zu früh, um einen Gewinner zu verkünden quantum Computer, Googles quantum Das Computerlabor könnte etwas wirklich Bemerkenswertes geschaffen haben.
Bei der neuesten Entwicklung haben Forscher bei Google in Zusammenarbeit mit Physikern aus Princeton, Stanford und anderen Universitäten den weltweit ersten „Zeitkristall“ in einem geschaffen quantum Computer.
Von Google entwickelte Zeitkristalle könnten die größte wissenschaftliche Errungenschaft der Grundlagenphysik sein quantum Physik. Die Idee der „Zeitkristalle“, die 2012 vom Nobelpreisträger Frank Wilczek erfunden wurde, wird nun von der Theorie zur Realität.
In einer kürzlich veröffentlichten Studie „Observation of Time-Crystalline Eigenstate Order on a Quantum Prozessor“ behaupten die Forscher, dass der Zeitkristall eine neue Phase der Materie ist, die gegen Newtons Gesetz der Thermodynamik verstößt.
Was ist Zeitkristall?
Nun ja, ein Zeitkristall klingt wie eine komplizierte Komponente einer Zeitmaschine, ist es aber nicht. Was genau sind Zeitkristalle? Laut Forschern ist ein Zeitkristall eine neue Phase der Materie, die zwischen zwei Formen wechselt und dabei niemals Energie verliert.
Um es einfach zu sagen: Regelmäßige Kristalle sind eine Anordnung von Molekülen oder Atomen, die im Raum ein regelmäßig wiederholtes Muster bilden. Ein Zeitkristall hingegen ist eine Anordnung von Molekülen oder Atomen, die ein regelmäßiges, sich wiederholendes Muster bilden, jedoch in „Zeit“. Das heißt, sie bleiben eine Weile in einem Muster, wechseln dann zu einem anderen und wiederholen es hin und her.
Erklären Sie den Zeitkristall in Laiensprache Silicon Canals, Loïc Henriet, Leiter Anwendungen und Quantum Software, Pasqal, erklärt: „Es ist bekannt, dass einige Phasen der Materie spontan Symmetrien brechen. Ein Kristall unterbricht die räumliche Translation: Man findet Atome nur an genau definierten Positionen. Magnete brechen die diskrete Spinsymmetrie: Die Magnetisierung weist in eine genau definierte Richtung. Es war jedoch kein bekanntes physikalisches System bekannt, das eine der einfachsten Symmetrien brechen könnte: die zeitliche Übersetzung. Das DTC-Ergebnis von Google ist der überzeugendste experimentelle Beweis für die Existenz von Nichtgleichgewichtszuständen der Materie, die die Zeit-Translationssymmetrie brechen.“
Darüber hinaus können Zeitkristalle Energieprozessen ohne Entropie standhalten und sich innerhalb eines isolierten Systems endlos verwandeln, ohne Brennstoff oder Energie zu verbrauchen.
Wie haben die das getan?
„Unsere Arbeit verwendet ein Zeitumkehrprotokoll, das externe Dekohärenz von intrinsischer Thermalisierung unterscheidet und nutzt quantum Typizität, um die exponentiellen Kosten einer dichten Abtastung des Eigenspektrums zu umgehen“, sagen Forscher. „Darüber hinaus lokalisieren wir den Phasenübergang aus dem DTC heraus mit experimenteller Finite-Size-Analyse. Diese Ergebnisse etablieren einen skalierbaren Ansatz zur Untersuchung von Nichtgleichgewichtsphasen der Materie im Strom quantum Prozessoren.“
Für die Demonstration nutzten die Forscher einen Chip mit 20 Qubits als Zeitkristall. Erwähnenswert ist, dass die Forscher die Experimente auf dem Sycamore-Gerät von Google durchgeführt haben, das eine Aufgabe in 200 Sekunden löste, für die ein herkömmlicher Computer 10,000 Jahre brauchen würde.
Den Forschern zufolge liefert ihr Experiment vorläufige Beweise dafür, dass ihr System Zeitkristalle erzeugen könnte. Diese Entdeckung könnte tiefgreifende Auswirkungen auf die Welt haben quantum Rechnen, wenn es bewiesen ist.
Henriet teilt mit: „Dieses Ergebnis ist aus grundlegender physikalischer Sicht äußerst interessant, da es einen Roman identifiziert quantum Phase der Materie. An sich wird es keinen direkten Einfluss auf unser tägliches Leben haben, aber es verdeutlicht den Reichtum der Vielseitigkeit quantum Physik aus dem Gleichgewicht. Das beweist es auch quantum Prozessoren sind jetzt leistungsstark genug, um neue interessante Regime zu entdecken quantum Materie mit störenden Eigenschaften.“
„Die Konsequenz ist verblüffend: Man umgeht den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik“ sagt Roderich Moessner, Direktor des Max-Planck-Instituts für Physik komplexer Systeme in Dresden und Mitautor des Google-Artikels.
„Das ist einfach dieser völlig neue und aufregende Bereich, in dem wir jetzt arbeiten.“ sagt Vedika Khemani, eine Physikerin für kondensierte Materie, jetzt an der Stanford-Universität, die während ihres Doktorandenstudiums die Romanphase mitentdeckte und gemeinsam mit Google die neue Arbeit verfasste team.
Zeitkristalle im Jahr 2012
Im Jahr 2012 kam Frank Wilczek auf die Idee von Zeitkristallen, als er eine Klasse über gewöhnliche (räumliche) Kristalle unterrichtete.
„Wenn man über Kristalle im Weltraum nachdenkt, ist es ganz natürlich, auch über die Klassifizierung des kristallinen Verhaltens in der Zeit nachzudenken“, sagte er Wie viel.
Google quantum Der Computer hat sicherlich das erreicht, was viele für unmöglich hielten. Allerdings befindet sich das Experiment noch im Vorstadium und erfordert viel Arbeit. Darüber hinaus wartet die Preprint-Version der Forschung auf die Validierung durch die Wissenschaftlergemeinschaft und muss auch von Fachkollegen überprüft werden.
„Es gibt gute Gründe zu der Annahme, dass keines dieser Experimente vollständig erfolgreich war, und a quantum Computer wie [Googles] wären besonders gut geeignet, viel bessere Ergebnisse zu erzielen als diese früheren Experimente“, sagte der Physiker John Chalker von der Universität Oxford, der nicht an der Forschung beteiligt war, gegenüber Quanta.