Ученим вдалося створити прототип "вічного двигуна" за допомогою квантового комп'ютера

Співробітники Google і декількох університетів використовували квантовий комп'ютер для створення справжнього "кристала часу".

Про це вони повідомили в препринті статті, розміщеної на сайті arxiv.org.

Недавні дослідження показали, що в нерівноважних системах існують нові динамічні фази, що порушують закони термодинаміки, і одним із таких прикладів є кристали в дискретному часі — discrete time crystal (DTC). Створити реальні "кристали" вченим допоміг квантовий комп'ютер Google.

Квантові чіпи складаються з кубітів — керованих квантових частинок, кожна з яких може одночасно підтримувати два можливі стани, позначені 0 і 1. Коли кубіти взаємодіють, вони можуть колективно маніпулювати експоненціальним числом одночасних можливостей, забезпечуючи величезну продуктивність при обчисленнях.

Кубіти в квантовому комп'ютері Google складаються з надпровідних алюмінієвих смуг. Кожен кубіт може перебувати одночасно в двох різних енергетичних станах, які можна запрограмувати на обертання, спрямоване вгору або вниз. Група фізиків на чолі з теоретиком Костянтином Кечеджи використовували мікросхему з 20-ма кубітами, яка служила "кристалом часу". Вони зібрали безперервну групу з налаштованих вентилів CPHASE на масиві надпровідних кубітів для експериментального спостереження за DTC.

Учені зафіксували фазовий перехід "тимчасових кристалів" за допомогою експериментального аналізу кінцевих розмірів. Результати дослідження відкривають новий шлях до вивчення нерівноважних фаз матерії на сучасних квантових процесорах.

"Моя робота, не тільки з кристалами з дискретним часом, але і з іншими проектами, полягає в тому, щоб спробувати використовувати наш процесор у ролі наукового інструменту для вивчення нової фізики або хімії", — заявив Кечеджи журналу Quanta.

"Кристали часу" вважаються фізичною аномалією, адже вони постійно змінюються через певні проміжки часу, залишаючись динамічно стабільними. Вони не витрачають енергію на зміну форми, що порушує природний порядок речей і другий закон термодинаміки, згідно з яким усе поступово прагне ентропії та хаосу. "Кристали часу" також є об'єктами, які спонтанно порушують "симетрію зміщення часу" — фізичне правило, згідно з яким стабільний об'єкт залишається незмінним.

"Наслідки вражаючі: вони просто ухиляються від другого закону термодинаміки", — зазначив співавтор дослідження та директор Інституту фізики складних систем ім. Макса Планка Родер Месснер у коментарі журналу Quanta.

Фізик із Оксфордського університету, який не брав участі в цій дослідницькій роботі, звернув увагу, що останні п'ять років учені прагнуть довести існування "кристалів часу", але незважаючи на деякі більш-менш успішні спроби, їхні результати не доводять це явище в повній мірі.

"Є вагомі підстави вважати, що жоден із цих експериментів не увінчався повним успіхом, і квантовий комп'ютер Google відмінно підійшов би для цієї роботи", — підкреслив учений.

Як пояснює аналітик порталу The Next Web Трістан Грін, головною проблемою квантових комп'ютерів є крихкість системи, через це їх складно будувати й обслуговувати. "Кристали часу" залишаються стабільними, тому їх у теорії можна використовувати в комп'ютерах для збереження працездатності кубітів. Якщо Google дійсно створила такі кристали, то побудова надійних квантових комп'ютерів може стати реальністю вже через кілька років.

Раніше ми писали про те, що Google знайшла спосіб скоротити помилки квантових комп'ютерів з 40% до 0,2% через 50 мікросекунд. Як вважають фізики, для нескінченної підтримки логічних кубітів знадобиться система з тисячі фізичних.