Ученые из Института Флэтайрон создали дополнительное измерение времени при помощи лазера
Новая фаза материи, созданная с помощью лазеров для перемещения цепочки из 10 ионов иттербия, позволяет ученым хранить информацию так, чтобы по максимуму защитить ее обработку от ошибок, тем самым открывая путь к квантовым компьютерам, которые могут хранить данные в течение длительного времени без искажений.
«Включение теоретического "дополнительного" измерения времени - это совершенно другой способ описания фаз материи, - говорится в заявлении ведущего автора Филиппа Думитреску, исследователя из Центра вычислительной квантовой физики Института Флэтайрон в Нью-Йорке. — Я работаю над этими теоретическими идеями более пяти лет, и видеть, как они на самом деле реализуются в экспериментах, очень интересно».
Второе измерение времени
Физики не ставили перед собой задачу создать фазу с теоретическим дополнительным временным измерением и не искали метод, позволяющий улучшить хранение квантовых данных. Вместо этого они были заинтересованы в создании новой фазы материи — новой формы, в которой материя может существовать, помимо стандартного твердого тела, жидкости, газа и плазмы.
Они приступили к созданию нового этапа в квантовом компьютерном процессоре H1 компании Quantinuum, который состоит из 10 ионов иттербия, расположенных в вакуумной камере. Эти ионы точно управляются лазерами в устройстве, известном как ионная ловушка. Используя квантовую запутанность, исследователи хотели создать «топологический» кубит, который кодирует информацию сразу в нескольких фазах, а не в одной, что увеличило бы надежность хранения.
Периодически воздействуя лазерами на каждый ион в цепочке, физики хотели нарушить непрерывную временную симметрию покоящихся ионов и наложить свою собственную временную симметрию, при которой кубиты остаются неизменными через определенные промежутки времени, что создало бы ритмичную топологическую фазу во всем материале.
Но эксперимент провалился. Вместо того, чтобы создать топологическую фазу, невосприимчивую к эффектам декогеренции, обычные лазерные импульсы усиливали внешний шум системы, уничтожая ее менее чем через 1,5 секунды после включения. После пересмотра эксперимента исследователи поняли, что для создания более надежной топологической фазы им потребуется связать более одной временной симметрии в ионную цепь, чтобы уменьшить вероятность сбоя системы. Чтобы сделать это, они остановились на поиске импульсного паттерна, который не повторялся просто и регулярно, но демонстрировал бы некоторую более высокую симметрию во времени.
Это привело их к последовательности Фибоначчи, в которой следующий член последовательности получается как сумма двух предыдущих. Эти импульсы Фибоначчи создали временную симметрию, которая, подобно квазикристаллу в пространстве, была упорядочена, но никогда не повторяясь. И точно так же, как квазикристалл, импульсы Фибоначчи также позволили «нанести» рисунок более высокой размерности на поверхность более низкой размерности. В случае пространственного квазикристалла, такого как мозаика Пенроуза, срез пятимерной решетки проецируется на двумерную поверхность. Глядя на схему импульсов Фибоначчи, мы видим, что две теоретические временные симметрии сглаживаются в одну физическую.
Физически у нас всего одно измерение времени, но его можно теоретически поделить на два в сложных экспериментах. Что и сделали ученые