Vědci přiměli kvantový systém udržovat opakující se vzorec pohybu po dlouhou dobu, jako kyvadlo, které se nikdy nezastaví.
Představte si kyvadlové hodiny, které nikdy neztratí rytmus svého kývání. Skupina vědců dosáhla něčeho podobného, ale v kvantovém měřítku. Vytvořili systém, který kmitá bez přestávky pomocí 18 qubitů (kvantových bitů, základní jednotky informace v kvantové výpočetní technice) v supravodivém procesoru.
Podle časopisu Nature Communications je tento úspěch obzvláště důležitý, protože až dosud bylo nesmírně obtížné udržet tyto vzorce pohybu v kvantovém světě. Je to, jako kdyby se podařilo najít způsob, jak se tanečník může točit donekonečna, aniž by ztratil rovnováhu nebo se unavil.
Stabilizace je klíč
Přemýšleli jste někdy o tom, proč je tak těžké sestrojit kvantový počítač? Důvodem je, že kvantové stavy jsou velmi křehké a mají tendenci velmi rychle ztrácet své zvláštní vlastnosti, jako domeček z karet, který se rozpadne při sebemenším závanu vzduchu. Tento nový průlom by však mohl změnit pravidla hry – dokonce otevřít dveře ke kvantovému internetu.
Zvláštností tohoto „časového krystalu“ je, že si udržuje rychlost oscilací díky vlastnosti zvané topologie. Představte si ji jako jakýsi ochranný štít, díky němuž je systém odolnější vůči vnějším poruchám, podobně jako je želva chráněna svým krunýřem.
Výzkumníci tímto a dalšími experimenty prokázali, že jejich systém dokáže odolat malým poruchám, aniž by ztratil svůj pohybový vzorec. Je to, jako by vytvořili kvantový gyroskop, který se stále točí, i když na něj jemně poklepete.
Jednou z nejzajímavějších částí experimentu je, že se jim podařilo změřit něco, co se nazývá „topologická entropie provázanosti“. Jakkoli to zní složitě, je to prostě způsob, jak potvrdit, že jejich časový krystal má zvláštní vlastnosti, které hledali. Je to jako mít matematický důkaz, že mají to, co chtěli.
Nejpřekvapivější je, že tento nový typ časového krystalu se liší od všech, které byly vytvořeny předtím. Zatímco u těch předchozích se jeho oscilace projevovaly v kterékoli části soustavy, u tohoto se vzorec pohybu projevuje pouze při pohledu na něj jako na celek, nikoli na jeho jednotlivé části. Je to, jako byste se museli dívat na celý balet, abyste ocenili choreografii, a ne se dívat na jednoho tanečníka.
Tento průlom by mohl mít zásadní význam pro budoucnost kvantové výpočetní techniky. Podařilo se jim najít nový způsob ochrany informací v kvantovém počítači, díky němuž by mohly být kvantové počítače spolehlivější a praktičtější. Je to další krok k vytvoření kvantových počítačů, které by mohly řešit problémy, jež jsou pro dnešní počítače nemožné.
Dalším krokem bude zjistit, zda se jim podaří systém ještě zvětšit a učinit jej stabilnějším. Prozatím nás tento průlom přibližuje k tomu, abychom měli skutečně funkční kvantové počítače, které by mohly přinést revoluci v oblastech, jako je výzkum nových léků nebo vytváření účinnějších materiálů.
Vědci toho dosáhli umístěním qubitů do speciálního uspořádání, jako je šachovnice. Toto uspořádání se ukázalo být klíčem k tomu, aby systém fungoval déle než jakýkoli předchozí pokus.