Existe un enorme esfuerzo global para diseñar una computadora capaz de aprovechar el poder de la física cuántica, y tiene formidables obstáculos técnicos.
Pero los prototipos recientes de computadoras cuánticas muestran hazañas notables en la creación de una computadora cuántica, que podrá realizar cálculos de una complejidad sin precedentes utilizando el poder de la física cuántica.
Time Crystal, una nueva fase de la materia que se repite con el tiempo. Lo hace indefinidamente sin ningún otro aporte de energía. Como un reloj que funciona eternamente sin pilas.
La búsqueda de esta fase de la materia finalmente ha dado sus frutos.
En un artículo publicado el 30 de noviembre en Nature, un equipo de científicos de la Universidad de Stanford, Google Quantum AI, el Instituto Max Planck para la Física de Sistemas Complejos y la Universidad de Oxford detallan la creación de un cristal de tiempo utilizando el hardware de computación cuántica Sycamore de Google. .
«El panorama general es que tomamos los dispositivos que se supone que serán las computadoras cuánticas del futuro y pensamos en ellos como sistemas cuánticos complejos por derecho propio». dijo Matteo Ippolitti, científico postdoctoral de la Universidad de Stanford y coautor principal del trabajo. «En lugar de computación, ponemos la computadora a trabajar como una nueva plataforma experimental para percibir y descubrir nuevas fases de la materia».
«Los cristales de tiempo son un claro ejemplo de un nuevo tipo de fase cuántica desequilibrada de la materia». dijo Vedika Khemani, profesora asistente de física en la Universidad de Stanford y autora del artículo de investigación. «Si bien gran parte de nuestra comprensión de la física de la materia condensada depende de los sistemas de equilibrio, estos nuevos dispositivos cuánticos nos brindan una ventana fascinante hacia nuevos sistemas de no equilibrio en la física multicuerpo».
Los ingredientes básicos para hacer un cristal esta vez son los siguientes: el equivalente físico de una mosca de la fruta y algo para darle un impulso. Drosophila Physics es el modelo de Ising, una herramienta de larga data para comprender varios fenómenos físicos, incluidas las transiciones de fase y el magnetismo, que consiste en una red donde cada posición de partícula ocupa dos estados que se representan como giro hacia arriba o hacia abajo.
«Es una fase de la materia completamente robusta, en la que no se ajustan parámetros o estados, pero su sistema sigue siendo cuantitativo». dijo Sundy, profesor de física en Oxford y coautor del artículo. «No hay alimentación de energía, no hay drenaje de energía, dura para siempre e involucra muchas partículas altamente reactivas».
Si bien esto puede parecer sospechosamente cercano a una «máquina de movimiento perpetuo», una mirada más cercana revela que los cristales de tiempo no rompen ninguna ley física.
La entropía, una medida del desorden en un sistema, permanece constante a lo largo del tiempo, satisfaciendo marginalmente la segunda ley de la termodinámica a través de la no disminución.
Entre el desarrollo de este plan para un cristal de tiempo y el experimento de la computadora cuántica que le dio vida, los experimentos de muchos investigadores diferentes han logrado muchos hitos cristalinos en aproximadamente aprox. Sin embargo, proporcionar todos los ingredientes en la receta de la «localización de muchos cuerpos» (el fenómeno que permite la cristalización en un tiempo infinitamente fijo) siguió siendo un gran desafío.
Para Khemani y sus colaboradores, el paso final para lograr el éxito de Crystal fue trabajar con un equipo en Google Quantum AI. Juntos, este grupo utilizó el hardware de computación cuántica Sycamore de Google para programar 20 «giros» utilizando la versión cuántica de las piezas de información de una computadora clásica, conocida como qubits.
Revelando cuán intenso es el interés en los cristales de tiempo, los cristales se publicaron nuevamente en Science este mes. Investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos crearon el cristal utilizando los qubits dentro del diamante.
«Hemos podido utilizar la versatilidad de una computadora cuántica para ayudarnos a analizar sus propias limitaciones», agregó. dijo Moessner, coautor del artículo y director del Instituto Max Planck de Física de Sistemas Complejos. «Básicamente, nos dijo cómo corregir sus propios errores, de modo que la huella dactilar del comportamiento perfecto de un cristal de tiempo pudiera verificarse a través de observaciones de tiempo limitado».
La principal firma de un cristal de tiempo ideal es que exhibe vibraciones inespecíficas de todos los estados. Verificar este poder en la selección de estados ha sido un gran desafío empírico. Los investigadores diseñaron un protocolo para examinar más de un millón de instancias de cristales de tiempo en un solo ciclo de la máquina, lo que requiere meros milisegundos de tiempo de ejecución. Es como ver un cristal físico desde muchos ángulos para comprobar su estructura repetitiva.
«La característica única de nuestro procesador cuántico es su capacidad para crear estados cuánticos altamente complejos», dijo Xiao Mei, investigador de navegador de google y coautor principal del artículo. «Estos estados permiten que las estructuras de fase del material se investiguen de manera efectiva sin tener que investigar todo el espacio computacional, una tarea que de otro modo sería intratable».
La creación de una nueva fase de la materia es indudablemente emocionante en un nivel fundamental. Además, el hecho de que estos investigadores pudieran hacerlo indica el creciente uso de Computadoras cuánticas Para aplicaciones distintas a la informática.
«Soy optimista de que con más y mejores qubits, nuestro enfoque podría convertirse en un método importante para estudiar la dinámica del desequilibrio». Pedram Roshan, investigador de Google y autor principal del artículo.
«Creemos que el uso más interesante de las computadoras cuánticas en este momento es como plataformas para la física cuántica fundamental». Dijo Ippoliti. «Con las capacidades únicas de estos sistemas, existe la esperanza de que descubra algunos fenómenos nuevos que no hubiera esperado».
revista de referencia
- Mei, X, Ippolite, M, Quintana, C et al. Disposición de cristalización de tiempo de autoestado en un procesador cuántico. Naturaleza (2021). DOI: 10.1038 / s41586-021-04257-w