يبدو أن هذه المرحلة الجديدة الغريبة من المادة تشغل بُعدين زمنيين

الكمبيوتر الكمومي ذرة الإيتربيوم. (كم العدد)

لقد لوحظت مرحلة جديدة من المادة في أ بقدر جهاز الكمبيوتر بعد أن قام الفيزيائيون بنبض الضوء على كيوبتاته بنمط مستوحى من متوالية فيبوناتشي.

إذا كنت تعتقد أن هذا أمر محير للعقل ، فإن هذه الغرابة الغريبة لميكانيكا الكم تتصرف كما لو أن لها بعدين زمنيين ، بدلاً من واحد ؛ وهي سمة يقول العلماء إنها تجعل الكيوبتات أكثر قوة وقادرة على الحفاظ على ثباتها طوال مدة التجربة.

يُطلق على هذا الاستقرار اسم التماسك الكمي ، وهو أحد الأهداف الرئيسية لجهاز كمبيوتر كمي خالٍ من الأخطاء - وواحد من أكثر الأهداف صعوبة في تحقيقه.

يمثل العمل 'طريقة مختلفة تمامًا للتفكير في مراحل المادة' وفقًا لعالم فيزياء الكم الحسابي فيليب دوميتريسكو من معهد فلاتيرون ، المؤلف الرئيسي لورقة بحثية جديدة تصف هذه الظاهرة.

'لقد عملت على هذه الأفكار النظرية لأكثر من خمس سنوات ، ورؤيتها تتحقق فعليًا في التجارب أمر مثير.'

الاحصاء الكمية يعتمد على الكيوبتات ، المكافئ الكمي للبتات الحاسوبية. ومع ذلك ، عندما تعالج البتات المعلومات في إحدى الحالتين ، 1 أو 0 ، يمكن أن تكون الكيوبتات في آن واحد ، وهي حالة تُعرف باسم التراكب الكمومي.

يمكن أن تكون الطبيعة الرياضية لهذا التراكب قوية بشكل لا يصدق من وجهة نظر حسابية ، مما يجعل حل المشكلات قصيرًا في ظل الظروف المناسبة.

لكن الطبيعة غير الواضحة وغير المستقرة لسلسلة من الكيوبتات تعتمد أيضًا على كيفية ارتباط حالاتهم المترددة ببعضها البعض - وهي علاقة تسمى تشابك .

بشكل محبط ، يمكن أن تتشابك الكيوبت مع أي شيء تقريبًا في بيئتها ، مما يؤدي إلى حدوث أخطاء. كلما كانت الحالة الضبابية للكيوبت أكثر حساسية (أو كلما زادت الفوضى في بيئتها) ، زاد خطر فقدانها لهذا التماسك.

من المحتمل أن يكون تحسين التماسك إلى نقطة الجدوى نهجًا متعدد التكتيكات لإزالة عقبة كبيرة تقف في طريق الكمبيوتر الكمي الوظيفي - كل جزء صغير يحدث فرقًا.

'حتى لو أبقيت كل الذرات تحت سيطرة محكمة ، فإنها يمكن أن تفقد كميتها من خلال التحدث إلى بيئتها ، أو التسخين أو التفاعل مع الأشياء بطرق لم تخطط لها ،' وأوضح دوميتريسكو .

'من الناحية العملية ، تحتوي الأجهزة التجريبية على العديد من مصادر الخطأ التي يمكن أن تؤدي إلى تدهور التماسك بعد بضع نبضات ليزر.'

يمكن أن يكون فرض التناظر إحدى وسائل حماية الكيوبتات من فك الترابط. قم بتدوير مربع قديم عادي تسعين درجة ، ولا يزال بنفس الشكل بشكل فعال. هذا التناظر يحميه من تأثيرات دوران معينة.

يضمن النقر على الكيوبتات بنبضات ليزر متباعدة بشكل متساوٍ وجود تماثل لا يعتمد على الفضاء ، بل في الوقت. أراد دوميتريسكو وزملاؤه معرفة ما إذا كان بإمكانهم زيادة هذا التأثير عن طريق إضافة ، وليس دورية متناظرة ، ولكن شبه دورية غير متناظرة.

وقد افترضوا أن هذا لن يضيف تناظرًا لمرة واحدة ، بل تماثلًا لمرة واحدة ؛ أحدهما مدفون فعليًا داخل الآخر.

استندت الفكرة إلى عمل سابق قام به الفريق الذي اقترح خلق شيء يسمى شبه البلورة في الوقت المناسب بدلا من الفضاء. حيث تتكون البلورة من شبكة متناظرة من الذرات التي تتكرر في الفضاء ، مثل صالة ألعاب غابة شبكية مربعة أو قرص عسل ، فإن نمط الذرات على شبه بلورة غير متكرر ، مثل تبليط بنروز ، لا يزال يأمر.

أجرى الفريق تجربتهم على كمبيوتر كمي تجاري متطور صمم بواسطة كم العدد ، شركة الحوسبة الكمومية. يوظف هذا الوحش 10 ذرات من الإيتربيوم (أحد العناصر المفضلة لـالساعات الذرية). يتم الاحتفاظ بهذه الذرات في مصيدة أيونات كهربائية ، والتي يمكن من خلالها استخدام نبضات الليزر للتحكم فيها أو قياسها.

أنشأ دوميتريسكو وزملاؤه سلسلة من نبضات الليزر بناءً على أرقام فيبوناتشي ، حيث يمثل كل جزء مجموع المقطعين السابقين. ينتج عن هذا تسلسل مرتب ، لكن لا يتكرر ، تمامًا مثل شبه البلورة.

يمكن وصف البلورات شبه البلورية رياضيًا على أنها مقاطع ذات أبعاد منخفضة من شبكات ذات أبعاد أعلى. يمكن وصف بلاط Penrose بأنه أ شريحة ثنائية الأبعاد لمكعب خماسي الأبعاد .

بالطريقة نفسها ، يمكن وصف نبضات الليزر الخاصة بالفريق على أنها تمثيل أحادي البعد لنمط ثنائي الأبعاد. من الناحية النظرية ، كان هذا يعني أنه من المحتمل أن يفرض تماثلان زمنيان على الكيوبتات.

اختبر الفريق عملهم عن طريق وميض أشعة الليزر في مجموعة ytterbium qubit ، أولاً بتسلسل متماثل ، ثم بشكل شبه دوري. ثم قاموا بعد ذلك بقياس تماسك اثنين من الكيوبتات على طرفي المصيدة.

بالنسبة للتسلسل الدوري ، كانت الكيوبتات مستقرة لمدة 1.5 ثانية. بالنسبة للتسلسل شبه الدوري ، ظلوا مستقرين لمدة 5.5 ثانية - مدة التجربة.

قال الباحثون إن التناظر الزمني الإضافي أضاف طبقة أخرى من الحماية ضد فك الترابط الكمي.

مع هذا التسلسل شبه الدوري ، هناك تطور معقد يلغي جميع الأخطاء التي تعيش على الحافة ، قال دوميتريسكو .

وبسبب ذلك ، تظل الحافة متماسكة ميكانيكيًا كميًا كثيرًا ، لفترة أطول بكثير مما تتوقع.

العمل ليس قريبًا من الاستعداد للاندماج في الوظيفة أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، لكنها تمثل خطوة مهمة نحو هذا الهدف ، كما قال الباحثون.

تم نشر البحث في طبيعة سجية .

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.