Кристаллы времени отличаются от алмазов или кварца структурой, которая повторяется не только в пространстве, но и во времени, без внешнего влияния. Эта идея, предложенная лауреатом Нобелевской премии Фрэнком Вильчеком в 2012 году, вызвала большой интерес у научного сообщества. Сейчас ученые стремятся применить ее для квантовых вычислений. Недавно был достигнут значительный успех: превращение квантового процессора в кристалл времени — возможное переопределение стандартов производительности этой технологии.
С появления концепции физики и математика стремятся её соединить с действующими теоретическими моделями. В 2016 году американские исследователи предложили перспективный путь, опираясь на принципы квантовой механики. С тех пор определение кристалла времени уточнили для лучшего описания регулярности колебаний частиц, из которых состоят атомы.
В начале года коллектив доктора Алекса Грайлиха из Дортмундского университета достиг научного успеха: создал кристалл времени с продолжительностью жизни не менее 40 минут, что в десять миллионов раз больше, чем у предшествующих кристаллов. Для этого команда использовала кристалл из арсенида индия-галлия и обнаружила, что поляризация ядерных спинов вызывает спонтанные колебания.
К снижению ошибок в квантовых вычислениях.
В июле учёные из университетов Вены и Цинхуа создали кристалл времени из больших атомов. Такой прорыв может применяться для создания более точных датчиков.
В квантовых вычислениях сохранение когерентности состояний кубитов — одна из главных проблем. Взаимодействие кубитов с окружающей средой вносит дополнительные переменные, нарушающие программу, а при увеличении количества кубитов это явление усиливается. Система, основанная на кристаллах времени, могла бы уменьшить эти ошибки за счёт повышения когерентности и стабильности кубитов.
Внеуниверситетские учёные из Цинхуа, Мэриленда, Гарварда и штата Айова претворили квантовый процессор в кристалл времени. Учёные опираются на топологические временные кристаллы и их специфичные маятниковые колебания.
Благодаря этой особенности топологический кристалл времени более устойчив к локальным помехам. Вследствие этого маятниковые колебания сохраняют стабильное движение даже при возмущении частей квантовой системы. Переходя от теории к практике, исследователи запрограммировали форму сверхпроводящих квантовых вычислений с высокостабильной когерентностью для демонстрации топологического поведения кристалла. Это достижение показало возможность создания квантовой системы, которая будет еще менее чувствительна к различным помехам.
«Отмечается появление признаков дотеплового топологически упорядоченного кристалла времени при использовании программируемых сверхпроводящих кубитов, размещённых в квадратичной структуре. — утверждают учёные в своей работе, изданной в журнале. Испытания показали, что квантовая система эффективно работает в условиях разумного уровня внешнего шума и при этом сохраняет высокую стабильность.
«Результаты исследования показывают возможности для изучения экзотических состояний вещества, обладающих топологической структурой и не находящихся в равновесии, при помощи шумовых квантовых компьютеров среднего уровня. «Это открытие открывает путь к применению сверхпроводящих схем для изучения других областей, в частности, неравновесного движения кристаллов времени», — отмечают ученые.