物理学家首次将量子处理器转变为一种似乎违反物理定律的物质状态:时间晶体,这可能是使量子计算更加实用化的一步。
什么是时间晶体?
时间晶体是展示重复模式的粒子群。与钻石和石英等常规晶体的模式在3D空间中回响不同,时间晶体像钟摆一样周期性地在时间中摆动。时间晶体的独特之处在于它们能够在没有或与驱动力相反的情况下进行这种摆动。它们在自己的最低能量状态下振荡,就像孩子在秋千上不顾父母的重复推动而踢腿一样。
时间晶体的概念最初由著名物理学家Frank Wilczek在2012年提出,尽管最初受到了怀疑,但后来多个实验系统展示了类似时间晶体的行为,为工程师提供了一种新的工具来测量和塑造世界,以及解决量子计算中的准确性问题。
量子计算特点
与传统计算机使用二进制数字1和0构建逻辑不同,量子计算的量子比特更适合于独特的计算类型,允许复杂的算法一步解决。量子比特可以与环境中的任何东西纠缠,随机洗牌新牌,使程序偏离游戏。将量子比特扩展到数千个所需的数量大大增加了不希望的噪声潜入的可能性。
一种被称为“拓扑”的时间晶体比其他类型具有优势。拓扑时间晶体将钟摆摆动显示为更一般系统的总体特征,这要归功于量子纠缠现象。
通过成功编程一种高度稳定的超导量子计算以展示拓扑时间晶体行为,研究团队发现创建一个更不易受到干扰的量子系统是可行的。在模拟环境中,该系统能够处理一定水平的噪声干扰,保持相对稳定。实验还反映了使用类似的超导电路探索时间晶体所代表的非平衡运动领域的潜力。
作为概念验证,时间晶体的神奇滴答声可能在未来的技术中占据重要地位。
该项研究发表在《自然通讯》杂志上。