Dążenie do supremacji kwantowej jest wyzwaniem, które można porównać do bajkowej próby przeniesienia chmury bez zmiany jej kształtu. Proponowane rozwiązanie, choć brzmi równie fantastycznie, może polegać na „tańcu” chmury w rytm unikalnego materiału, znanego jako kryształ czasu.

Krzysztof Giergiel i Krzysztof Sacha z Uniwersytetu Jagiellońskiego oraz Peter Hannaford z Swinburne University of Technology sugerują, że nowy rodzaj obwodu czasowego może pomóc w zachowaniu stanów kubitów podczas ich przetwarzania w logice kwantowej.

W klasycznej fizyce, obiekty mają precyzyjnie zdefiniowane lokalizacje i ruchy. W fizyce kwantowej natomiast, pozycje, momenty i spiny cząsteczek są opisywane jako rozmyte prawdopodobieństwa. Ta „chmura” możliwości najlepiej funkcjonuje w izolacji. Gdy cząsteczka wchodzi w interakcję z otoczeniem, jej rozkład możliwości ulega zmianie, aż w końcu obserwujemy tylko jeden wynik.

Komputery kwantowe wykorzystują te rozmyte prawdopodobieństwa do szybkiego rozwiązywania algorytmów, które w klasycznych komputerach byłyby niewykonalne. Wyzwaniem jest utrzymanie koherencji tej kwantowej chmury, czyli kubitu, jak najdłużej. Każda ingerencja z otoczenia zwiększa ryzyko błędów.

Aby stworzyć praktyczne komputery kwantowe, potrzeba setek, a nawet tysięcy kubitów, które muszą być stabilne przez dłuższy czas. Fizyków interesuje tworzenie bezpiecznych środowisk dla kubitów lub budowanie wokół nich siatek ochronnych.

Giergiel, Sacha i Hannaford proponują nowatorskie podejście, które zamienia komputery kwantowe w symfonię kubitów kierowaną przez „dyrygenta” – kryształ czasu. Te materiały zmieniają się w powtarzalnych wzorcach w czasie, a ich wersje udało się stworzyć przy użyciu lasera i ultrazimnych atomów.

W artykule dostępnym na arXiv, fizycy sugerują, że okresowość kryształu czasu może stać się podstawą nowego rodzaju „czas-troniki”, obwodów, które mogłyby zmniejszyć przypadkowe kolizje odpowiedzialne za wiele błędów. Choć jest to na razie teoria, pokazali, że grupy jonów potasu, schłodzone do niemal absolutnego zera i sterowane impulsami lasera, mogłyby stworzyć orkiestrę dla kwantowych kubitów.

Przekształcenie tego pomysłu w praktyczny komputer kwantowy wymaga jeszcze wielu lat badań i innowacji. Jednak odkrycie, że kryształy czasu mogą mieć praktyczne zastosowanie, sprawia, że wyzwanie przenoszenia chmury może nie być już tylko bajką.

Źródło: Science Alert