Время пошло по кругу: ученые запустили необычную форму материи в квантовом компьютере

Generated by DALL·E

Физики сообщили о создании сложной версии так называемого кристалла времени внутри квантового компьютера. Эксперимент был проведен на сверхпроводниковом квантовом устройстве IBM и показал, что такие машины могут использоваться не только для вычислений, но и для изучения фундаментальных свойств материи.

Обычные кристаллы знакомы всем: атомы в них выстраиваются в регулярный узор в пространстве. Кристаллы времени устроены иначе. В них повторяется не расположение частиц, а их состояние во времени. Такая система снова и снова проходит через один и тот же набор состояний, словно «тикает» с собственным ритмом. При этом, в идеале, этот процесс может продолжаться очень долго без затухания.

Когда идея кристаллов времени только появилась, она вызывала сомнения. Казалось, что постоянное движение без внешней подпитки противоречит законам физики. Однако за последние годы ученым удалось создать несколько таких систем в лабораториях. Все они были сравнительно простыми и, как правило, одномерными — их можно было представить в виде цепочки взаимодействующих элементов.

В новом эксперименте исследователи пошли дальше и создали двумерный кристалл времени. Для этого они использовали 144 сверхпроводниковых кубита — базовых элементов квантового компьютера. Кубиты были соединены в структуру, напоминающую пчелиные соты. Каждый из них вел себя как квантовый «спин», а ученые могли точно задавать, как именно соседние кубиты взаимодействуют друг с другом.

Ключевую роль сыграло то, что взаимодействия между кубитами менялись по заданному ритму. Именно эта периодичность и привела к появлению устойчивого временного узора. При этом схема взаимодействий была сложнее, чем в предыдущих экспериментах, что позволило изучить поведение системы в новых условиях.

В ходе работы физики наблюдали разные режимы: в одних случаях система вела себя хаотично, в других — «застывала» в неупорядоченном состоянии, а в третьих демонстрировала устойчивое повторение во времени. Это помогло составить своеобразную карту состояний, показывающую, при каких настройках возникает кристалл времени.

Результаты эксперимента важны не только для теоретической физики. Они показывают, что современные квантовые компьютеры уже способны моделировать сложные квантовые явления, которые трудно или невозможно изучать на обычных вычислительных системах. В будущем такие эксперименты могут помочь лучше понять квантовые материалы и процессы, лежащие в основе новых технологий.