Mokslo ir technologijų pasaulis

Laiko kristalai tikrai nemėgsta žaisti pagal taisykles. Tai gali būti geras dalykas kvantiniam skaičiavimui.

Mokslininkai iš viso pasaulio teigia, kad kvantiniame kompiuteryje panaudojo laiko kristalą.

Jei tai tiesa, jų atradimas, aprašytas liepos 28 d. parengtame spausdintiniame tyrime, gali iš esmės pakeisti pasaulį per naktį – neribotas, fizikos dėsnius pažeidžiantis energijos šaltinis, kuris atneštų kvantinius kompiuterius į dabartį.

Kaip įžvalgiai pažymi „The Next Web“, tai gali būti „svarbiausias mokslo laimėjimas mūsų gyvenime“. Tačiau norėdami suprasti, kodėl, pirmiausia panagrinėkime sudėtingą laiko kristalų ir kvantinio skaičiavimo ryšį.

Kas yra laiko kristalas?

Laiko kristalas yra ypatinga materijos fazė, kuri nuolat kinta, tačiau neatrodo, kad ji naudoja energiją.

Tai, mokslininkų teigimu, reiškia, kad jis pažeidžia Izaoko Niutono pirmąjį judėjimo dėsnį, kuris susijęs su inercija – objekto pasipriešinimu judant. Riedantis stiklo rutuliukas nesustoja, nebent, pavyzdžiui, veikia kitos jėgos.

Tačiau iš patirties žinote, kad galiausiai jis sustos dėl tokių jėgų kaip trintis. Tačiau jei stiklo rutuliukas būtų laiko kristalas, jis tiesiog niekada nesustotų.

Todėl laiko kristalai labiau veikia kaip superlaidžios medžiagos (pvz., gyvsidabris ar švinas). Superlaidumas yra kvantinis gamtos reiškinys, kai tam tikros medžiagos praleidžia nuolatinės srovės elektros energiją neprarandant energijos, jei jos atšaldomos žemiau tam tikros temperatūros. Pasak JAV energetikos departamento, šios medžiagos taip pat išskiria magnetinius laukus.

Tai reiškia, kad laiko kristalai dar kartą pažeidžia fizikos taisykles; šį kartą tai yra antrasis termodinamikos dėsnis, teigiantis, kad sutrikimas arba entropija visada didės. Kitaip tariant: Visata visada juda pokyčių link. Tačiau laiko kristalai yra didelių taisyklių laužytojai, kuriems nepatinka pokyčiai, o tai reiškia, kad jų sutrikimas laikui bėgant išlieka stabilus. Tai laiko kristalus paverčia visiškai nauja materijos faze.

Kodėl tai svarbu? Iš esmės tai reiškia, kad laiko kristalai gali svyruoti tarp formų, niekada nenaudodami jokios energijos. Pavyzdžiui, pagal Schrödingerio katės scenarijų radioaktyvieji atomai suyra, ir nesuyra, nužudo katę ir nenužudo katės pirmyn ir atgal milijoną kartų, nenaudodami jokios energijos. Tai tikrai galėtų tęstis amžinai, taigi ir pavadinimas „laiko kristalas“.

Laiko kristalai ir kvantiniai skaičiavimai

Yra priežastis, kodėl pasitelkiame Schrödingerio katę: laiko kristalai gali pakeisti žaidimą kvantiniuose kompiuteriuose, kuriuos fizikai dažnai vertina kaip natūralų kitą žingsnį skaičiavimo galios požiūriu - jie veikia esminiu molekuliniu ir net kietųjų dalelių lygiu.

Jie taip pat pasinaudoja tokiomis idėjomis kaip elektronų judėjimas aplink kietas medžiagas (pažodžiui, kas yra elektra!) ir yra didžiulis iššūkis kompiuterių mokslininkams.

Kvantiniai kompiuteriai suteikia ypatingą prieigą prie idėjų, kurių tradiciniai elektroniniai kompiuteriai tiesiog negali valdyti.

Tradiciniai kompiuteriai naudoja loginius vartus, kurie įjungiami ir išjungiami, todėl viskas jūsų kompiuteryje priklauso tik nuo dviejų būsenų: įjungimo ir išjungimo arba dvejetainės sistemos (0 ir 1).

Kubitai (kvantinių bitų, kurie dažnai yra vienas elemento atomas su kruopščiai kontroliuojamu elektronu) kvantiniuose kompiuteriuose turi daugiau galimų būsenų nei tik įjungimas ir išjungimas. Dėl šios priežasties kvantiniai kompiuteriai tampa itin sudėtingomis ir sunkiai nuspėjamomis mašinomis.

Tęsinys kitame puslapyje:

Kodėl mokslininkai norėtų sudėtingos, mažiau nuspėjamos skaičiavimo formos? Pagalvokite, pasirinkę skaičių nuo 1 iki 100. Žinoma, tradicinis kompiuteris šią vertę registruotų dvejetainiu formatu, bet taip pat registruotų patį numerį kaip dvejetainį, kuris yra įjungtas arba išjungtas.

Yra 99 kiti dvejetainiai failai, vaizduojantys kitus jūsų nepasirinktus skaičius. Tai yra daugybė kintamųjų, kuriuos reikia sekti, norint rasti kažką gana paprasto.

Dabar įsivaizduokite, kad skaičius nuo 1 iki 100 iš tikrųjų yra kažkas panašaus į gyvūnų veisimą. Tiesą sakant, yra tūkstančiai, milijonai ar net daugiau galimybių. Užuot bandžius „priversti“ dvejetainį kompiuterį atlikti darbą nepatogiai, kvantinis kompiuteris gali padėti mokslininkams natūraliau parodyti, kas vyksta.

Čia laiko kristalai taip pat žada dar daugiau nei tik kvantiniai kubitų skaičiavimai. Laiko kristalai yra stabilūs, tačiau pulsuoja įdomiais intervalais, o tai reiškia, kad jie gali padėti mokslininkams ištirti tokius dalykus kaip pasikartojantys modeliai ar atsitiktiniai skaičiai, turintys panašią įtaką gamtos mokslams ir ne tik.

Kaip mokslininkai sukūrė laiko kristalą?

Šiam tyrimui, kuris dar nebuvo recenzuotas, kad būtų paskelbtas akademiniame žurnale, daugiau nei 100 mokslininkų grupė iš viso pasaulio bendradarbiavo su „Google Quantum AI“, bendra „Google“, NASA ir Universitetinių Kosmoso tyrimų asociacija. Jos tikslas – paspartinti kvantinių skaičiavimų ir informatikos tyrimus.

Straipsnyje mokslininkai aprašo specialaus mikroskopinio įrenginio kūrimą, kai laiko kristalą superlaidūs kubitai – specialios dalelės, kurios yra kvantinio skaičiavimo pagrindas.

Kvantinis kompiuteris yra kriostate – kontroliuojamos temperatūros šaldymo kameroje, kuri palaiko visas medžiagas tinkamoje, ypač žemoje temperatūroje, norint pasiekti pažangias būsenas, tokias kaip superlaidumas arba laiko kristalai (branduolių sintezė taip pat remiasi kriostatais).

„Quanta Magazine“ praneša, kad tai būtų pirmasis visiškai sėkmingas laiko kristalo demonstravimas. Tai gana didelis pasiekimas, atsižvelgiant į tai, kaip sunku sukurti ir prižiūrėti kvantinius kompiuterius. Iš esmės taip yra todėl, kad kubitai yra nestabilūs. Tuo tarpu laiko kristalai yra stabilūs.

Ne už kalnų, kai pagaliau pavyks sukurti stabilius ir prognozuojamus itin galingus kvantinius kompiuterius, kurie galbūt padės atskleisti Visatos paslaptis. Ir laiko kristalai tam pasitarnaus.