Ученым удалось создать прототип "вечного двигателя" при помощи квантового компьютера
Cотрудники Google и нескольких университетов использовали квантовый компьютер для создания настоящего "кристалла времени".
Недавние исследования показали, что в неравновесных системах существуют новые динамические фазы, нарушающие законы термодинамики, и одним из таких примеров являются кристаллы в дискретном времени — discrete time crystal (DTC). Создать реальные "кристаллы" ученым помог квантовый компьютер Google.
Квантовые чипы состоят из кубитов — управляемых квантовых частиц, каждая из которых может одновременно поддерживать два возможных состояния, обозначенных 0 и 1. Когда кубиты взаимодействуют, они могут коллективно манипулировать экспоненциальным числом одновременных возможностей, обеспечивая огромную производительность при вычислениях.
Кубиты в квантовом компьютере Google состоят из сверхпроводящих алюминиевых полос. Каждый кубит может находиться одновременно в двух разных энергетических состояниях, которые можно запрограммировать на вращение, направленное вверх или вниз. Группа физиков во главе с теоретиком Константином Кечеджи использовали микросхему с 20-ю кубитами, которая служила "кристаллом времени". Они собрали непрерывную группу из настраиваемых вентилей CPHASE на массиве сверхпроводящих кубитов для экспериментального наблюдения за DTC.
Ученые зафиксировали фазовый переход "временных кристаллов" при помощи экспериментального анализа конечных размеров. Результаты исследования открывают новый путь к изучению неравновесных фаз материи на современных квантовых процессорах.
"Моя работа, не только с кристаллами с дискретным временем, но и с другими проектами, заключается в том, чтобы попытаться использовать наш процессор в качестве научного инструмента для изучения новой физики или химии", — заявил Кечеджи журналу Quanta.
"Кристаллы времени" считаются физической аномалией, ведь они постоянно меняются через определенные промежутки времени, оставаясь динамически стабильными. Они не тратят энергию на изменение формы, что нарушает естественный порядок вещей и второй закон термодинамики, согласно которому все постепенно стремится к энтропии и беспорядку. "Кристаллы времени" также являются объектами, которые спонтанно нарушают "симметрию смещения времени" — физическое правило, согласно которому стабильный объект остается неизменным.
"Последствия поразительны: они просто уклоняются от второго закона термодинамики", — отметил соавтор исследования и директор Института физики сложных систем им. Макса Планка Родерих Месснер в комментарии журналу Quanta.
Физик из Оксфордского университета, который не принимал участия в данной исследовательской работе, обратил внимание, что последние пять лет ученые стремятся доказать существование "кристаллов времени", но несмотря на некоторые более-менее успешные попытки, их результаты не доказывают это явление в полной мере.
"Есть веские основания полагать, что ни один из этих экспериментов не увенчался полным успехом, и квантовый компьютер Google отлично подошел бы для этой работы", — подчеркнул ученый.
Как объясняет аналитик портала The Next Web Тристан Грин, главной проблемой квантовых компьютеров является хрупкость системы, из-за этого их сложно строить и обслуживать. "Кристаллы времени" остаются стабильными, поэтому их в теории можно использовать в компьютерах для сохранения работоспособности кубитов. Если Google действительно создала такие кристаллы, то построение надежных квантовых компьютеров может стать реальностью уже через несколько лет.
