На основе временных кристаллов можно сделать квантовый компьютер

Ученые теоретически обосновали, что временные кристаллы определенного вида можно использовать для проведения универсальных квантовых вычислений. Это специфическое состояние вещества, предсказанное в 2012 году и впервые экспериментально полученное в 2017-м, привлекает внимание благодаря своим необычным свойствам. Статья с результатами опубликована в Physical Review Letters.

Временные кристаллы предсказал физик-теоретик Фрэнк Вильчек в 2012 году. Для обычных кристаллов характерны симметричные повторяющиеся в пространстве элементы, а временные постоянно находятся в движении, которое регулярно повторяется во времени. Это состояние ученые реализовали, периодически воздействуя лазером на частицы в сверхпроводящем контуре. Если правильно подобрать параметры воздействия, то движение частиц коллективно синхронизуется через равные промежутки времени, и таким образом получается временной кристалл.

В новой работе Радитья Веда Бомантара и Цзянбинь Гун из Национального университета Сингапура предложили схему реализации универсального квантового топологического компьютера при помощи временных кристаллов. Они показали, что для этого необходимо «плетение» разных мод таких веществ. «Грубо говоря, "плетение" — это перестановка двух частиц местами, — поясняет Гун. — Для того, чтобы реализовать такую перестановку, частицы должны систематически двигаться рядом друг с другом таким образом, что если мы нарисуем их траектории в пространстве-времени, то они заплетутся в косу. Из жизни мы знаем, что существуют разные косы, а превращение между ними требует особой последовательности операций, которые не происходят сами по себе. В итоге получается, что, храня информацию в различных видах кос, можно ей манипулировать, то есть проводить квантовые вычисления, изменяя тип. Отсюда название "плетение". Более того, мы можем не беспокоиться, что в этот процесс вмешаются внешние воздействия и разрушат наши косы».

В статье подробно описывается четырехэтапный процесс «плетения», который заключается в постепенном изменении свойств временных кристаллов. Также к преимуществам такого подхода к квантовым вычислениям авторы относят то, что можно использовать временные свойства вещества, что позволяет получить в распоряжение больше кубитов, чем в современных реализациях. Теперь авторы намерены изучить случай использования большого количества мод временных кристаллов, а в более отдаленной перспективе — построить оптимальную схему подобного вычислителя, то есть небольшого физического размера, вычисления на котором не занимают много времени.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.