Il Quantum la corsa al calcolo si sta surriscaldando, molte aziende in tutti i paesi stanno spendendo miliardi in diverse tecnologie qubit per stabilizzare e commercializzare la tecnologia. Anche se è troppo presto per dichiarare un vincitore quantum informatica, di Google quantum laboratorio informatico potrebbe aver creato qualcosa di veramente straordinario.
Nell'ultimo sviluppo, i ricercatori di Google, in collaborazione con i fisici di Princeton, Stanford e altre università, hanno creato il primo "Time Crystal" al mondo all'interno di un quantum computer.
I cristalli del tempo sviluppati da Google potrebbero essere il più grande risultato scientifico per la fisica fondamentale e quantum fisica. Ideato dal fisico vincitore del premio Nobel Frank Wilczek nel 2012, il concetto di "cristalli del tempo" si sta ora spostando dalla teoria alla realtà.
In uno studio recentemente pubblicato, “Observation of Time-Crystalline Eigenstate Order on a Quantum Processore", i ricercatori affermano che Time Crystal è una nuova fase della materia che viola la legge della termodinamica di Newton.
Cos'è il Cristallo del Tempo?
Bene, un cristallo del tempo suona come un componente complicato di una macchina del tempo, ma non lo è. Allora, cosa sono esattamente i Cristalli del Tempo? Secondo i ricercatori, un cristallo temporale è una nuova fase della materia che si alterna tra due forme, senza mai perdere energia durante il processo.
Per farla semplice, i cristalli regolari sono una disposizione di molecole o atomi che formano uno schema regolare ripetuto nello spazio. Un cristallo del tempo, d'altra parte, è una disposizione di molecole o atomi che formano uno schema regolare e ripetuto ma nel "tempo". Significa che si siederanno in uno schema per un po', poi passeranno a un altro e ripeteranno avanti e indietro.
Spiegare il Cristallo del Tempo in termini profani a Silicon Canals, Loïc Henriet, responsabile delle applicazioni e Quantum Softwaree, Pasqal, spiega: “È noto che alcune fasi della materia rompono spontaneamente le simmetrie. Un cristallo rompe la traslazione spaziale: si trovano atomi solo in posizioni ben definite. I magneti rompono la simmetria di spin discreta: la magnetizzazione punta verso una direzione ben definita. Tuttavia, nessun sistema fisico noto era in grado di rompere una delle simmetrie più semplici: la traslazione nel tempo. Il risultato del DTC di Google è la prova sperimentale più convincente dell'esistenza di stati di non equilibrio della materia che rompono la simmetria della traduzione temporale".
Inoltre, i cristalli temporali possono resistere ai processi energetici senza entropia e trasformarsi all'infinito all'interno di un sistema isolato senza consumare carburante o energia.
Come hanno fatto?
“Il nostro lavoro utilizza un protocollo di inversione temporale che discrimina la decoerenza esterna dalla termalizzazione intrinseca e sfrutta quantum tipicità per aggirare il costo esponenziale del campionamento denso dell'autospettro", affermano i ricercatori. “Inoltre, individuiamo la transizione di fase fuori dal DTC con un'analisi sperimentale a dimensione finita. Questi risultati stabiliscono un approccio scalabile per studiare le fasi di non equilibrio della materia sulla corrente quantum processori.”
Per la dimostrazione, i ricercatori hanno utilizzato un chip con 20 qubit che fungeva da cristallo temporale. Vale la pena ricordare che i ricercatori hanno eseguito gli esperimenti sul dispositivo Sycamore di Google, che ha risolto un compito in 200 secondi che richiederebbe 10,000 anni a un computer convenzionale.
Secondo i ricercatori, il loro esperimento offre prove preliminari che il loro sistema potrebbe creare cristalli temporali. Questa scoperta potrebbe avere profonde implicazioni nel mondo della quantum informatica se è dimostrato.
Henriet condivide: “Questo risultato è molto interessante dal punto di vista della fisica fondamentale, come identificazione di un romanzo quantum fase della materia. Di per sé, non avrà un impatto diretto sulla nostra vita quotidiana, ma illustra la ricchezza dei molti corpi quantum fisica fuori equilibrio. Lo dimostra anche quantum i processori sono ora abbastanza potenti da scoprire nuovi regimi interessanti per quantum materia con proprietà dirompenti”.
"La conseguenza è sorprendente: eludi la seconda legge della termodinamica", dice Roderich Moessner, direttore del Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems di Dresda, in Germania, e coautore dell'articolo di Google.
"Questo è solo questo spazio completamente nuovo ed eccitante in cui stiamo lavorando ora", dice Vedika Khemani, un fisico della materia condensata ora a Stanford che ha co-scoperto la fase del romanzo, mentre era una studentessa laureata ed è stata coautrice del nuovo articolo con Google team.
Cristalli del tempo nel 2012
Nel 2012, Frank Wilczek ha avuto l'idea dei cristalli temporali mentre insegnava a un corso sui cristalli ordinari (spaziali).
"Se pensi ai cristalli nello spazio, è molto naturale pensare anche alla classificazione del comportamento cristallino nel tempo", ha detto Quanta.
Google quantum computer ha certamente raggiunto ciò che molti pensavano fosse impossibile. Detto questo, l'esperimento è nella fase preliminare e richiede molto lavoro. Inoltre, la versione prestampata della ricerca attende la convalida da parte della comunità degli scienziati e deve essere rivista anche da colleghi.
“Ci sono buone ragioni per pensare che nessuno di quegli esperimenti sia riuscito completamente, e a quantum computer come [quello di Google] sarebbero particolarmente ben posizionati per fare molto meglio di quei precedenti esperimenti", ha detto a Quanta il fisico dell'Università di Oxford John Chalker, che non era coinvolto nella ricerca.