Ученые создали кристаллы времени в квантовом процессоре Google
Обычные кристаллы характеризуются высокоупорядоченной структурой атомов в повторяющемся узоре. Итак, если эти атомы повторяются в пространстве, могут ли существовать другие кристаллы с узором, повторяющимся во времени? И как это может выглядеть? В 2012 году лауреат Нобелевской премии Франк Вильчек предположил, что эти так называемые «временные кристаллы» действительно могут существовать, и к 2016 году они были даже экспериментально созданы в лаборатории. Более поздние исследования обнаружили их в детском наборе для выращивания кристаллов и наблюдали, как они взаимодействуют друг с другом.
В кристалле времени атомы демонстрируют движение по схеме, которая периодически повторяется − так, например, их спины переворачиваются вверх и вниз в предсказуемом тикающем паттерне. Но что странно, так это то, что этот ритм не соответствует частоте силы, которая его запустила, и в идеальной системе атомы будут продолжать тикать бесконечно без каких-либо дополнительных действий.
Чтобы было понятнее, представьте себе самую странную в мире миску с желатином. Обычно, если вы надавите на материал, он будет покачиваться в течение нескольких секунд, а затем остановится, пока вы не нажмете на него снова. Чего вы точно не ожидаете, так это того, что он проведет вечность, попеременно покачиваясь и не покачиваясь, всего после двух нажатий −, но именно это и делает кристалл времени.
Это может показаться парадоксом, который слишком близок к вечному двигателю, но кристаллы времени технически не нарушают законы термодинамики. Энергия сохраняется в системе в целом, а энтропия (мера беспорядка) не уменьшается, а остается постоянной.
Недавно исследователи продемонстрировали кристалл времени в квантовом процессоре Google Sycamore. Команда обработала решетку из 20 кубитов − квантовых битов информации − с помощью лазера, чтобы запустить «тиканье». Тогда кубиты будут переворачивать свои спины только один раз на каждые два лазерных импульса, нарушая симметрию трансляции времени и создавая кристалл времени. Важно отметить, что, по словам исследователей, это был первый кристалл, демонстрирующий «локализацию множества тел», феномен, который сохраняет их стабильность.
В этом конкретном эксперименте ученые смогли наблюдать за системой только в течение нескольких сотен циклов, но они говорят, что смогли подтвердить долгосрочную стабильность временных кристаллов, используя моделирование, выполняемое самим квантовым компьютером.
