დროის კრისტალი ეგზოტიკური მატერიაა, რომელსაც უჩვეულო თვისებები აქვს. ახალი ნაშრომის ავტორებმა კრისტალის უკეთ გასაგებად უზარმაზარი ნაბიჯი გადადგეს. გარღვევა IBM-ის Quantum Heron ჩიპის დახმარებით მოხდა. კვლევას Basque Quantum (BasQ)-ის, სტანდარტებისა და ტექნოლოგიის ეროვნული ინსტიტუტისა (NIST) და IBM-ის ექსპერტები უძღვებოდნენ.

ახლა უკვე დროის კრისტალების უფრო დიდ მასშტაბებზე შესწავლაც შეგვიძლია, რასაც IBM-ის კვანტურ კომპიუტერებს უნდა ვუმადლოდეთ. აქამდე დროის კრისტალების შექმნა და მათზე დაკვირვება მხოლოდ მცირე, ერთგანზომილებიანი ფორმით შეგვეძლო.

ზოგადად, კრისტალი მასალაა, რომლის ნაწილაკებიც განმეორებად კანონზომიერებებს ქმნის. ეს კანონზომიერებები სხვადასხვა ტიპის დეფორმაციას უძლებს. ეს ბუნებაშიც გვხვდება, მაგალითად, თოვლის ფიფქების, ალმასების ან სუფრის მარილის სახით.

ეს კრისტალები თერმულ წონასწორობაში იმყოფება: სტრუქტურას ენერგიის გარედან დამატების გარეშეც ინარჩუნებს; დროის კრისტალის შემთხვევაში კი საქმე სულ სხვაგვარადაა. აქ კანონზომიერებები დროში მეორდება და არა სივრცეში და მხოლოდ მაშინ არსებობს, თუ ენერგია გარედანაც ემატება.

საქმე ისაა, რომ როდესაც გარკვეულ კვანტურ სისტემებს ენერგია პერიოდულად ემატება, ნაწილაკებს სტაბილური რიტმი უჩნდება, მაგალითად, სპინი რეგულარულ ციკლში ბრუნდება. აღსანიშნავია, რომ ეს სისტემები თავიანთი საწყისი კვანტური მდგომარეობის "ხელწერებს" მაშინაც ინარჩუნებს, როცა მათში ენერგია განუწყვეტლივ შეედინება.

დროის კრისტალის შექმნა ძალიან რთულია, საამისოდ სპეციალური კვანტური გარემოა საჭირო. აქამდე მკვლევრებს მხოლოდ მარტივი, ერთგანზომილებიანი დროის კრისტალების შესწავლა შეეძლოთ, რომლებიც ატომების წრფივ ჯაჭვებში ყალიბდება. უფრო დიდი და მაღალი განზომილების დროის კრისტალების შესახებ გარკვეული თეორიები არსებობდა, თუმცა მათი სირთულიდან გამომდინარე, კლასიკური კომპიუტერებით მათ მოდელებს ვერ ქმნიდნენ.

სწორედ ეს შეცვალა IBM-ის კვანტურმა კომპიუტერებმა. IBM Quantum Heron ჩიპის დახმარებით მკვლევრებმა 144-კუბიტიანი, ორგანზომილებიანი დროის კრისტალი ააგეს. მათ სისტემა კუბიტებით შექმნეს (და არა უბრალოდ სიმულაცია მოახდინეს). ორ განზომილებაში ურთიერთქმედებები უფრო რთული ხასიათისაა, ეს კი ისეთ დინამიკას ავლენს, როგორიც აქამდე არავის უნახავს.

ასევე იხილეთ: შექმნეს ახალი ტიპის დროის კრისტალი, რომელიც დროისა და მოძრაობის ტრადიციულ აღქმას ეწინააღმდეგება

ნაშრომი ცხადყოფს, რომ დიდი ზომის დროის კრისტალები გამარტივებულ მოდელებს მიღმაც შეიძლება არსებობდეს. ეს კვლევის მიმართულებით უამრავ შესაძლებლობას აჩენს. ამ სისტემების უკეთ გაგებამ შეიძლება კვანტური მასალების, სპინზე დაფუძნებული ურთიერთქმედებებისა და ნანომასშტაბის ტექნოლოგიების დარგები მნიშვნელოვნად განავითაროს. ახალი კვლევა კვანტური გამოთვლების მზარდ უნარებსაც უსვამს ხაზს — ამ ტექნოლოგიით ხომ აქამდე მიუწვდომელი ფიზიკური ფენომენი გამოიკვლიეს.

მიღებული შედეგების შემოწმება რთული აღმოჩნდა. ამისთვის გუნდმა კვანტურ კომპიუტერთან ერთად კლასიკური ტექნიკებიც გამოიყენა. მათ კვანტური მდგომარეობის სიმულაცია ტენზორული ქსელებითა და ჯამისა და ნამრავლის შეტყობინების გადაცემით შექმნეს, შემდეგ კი შედეგები კვანტური კომპიუტერის მოპოვებულ მონაცემებს შეადარეს.

ასევე იხილეთ: Google ირწმუნება, რომ მკვლევრებმა კვანტურ კომპიუტერში დროის კრისტალი შექმნეს

კვანტურ გამოთვლებს ხშირად უკიდურესად დიდ ტენზორებად აღწერენ. ტენზორი მათემატიკური სტრუქტურაა, რომელიც პირდაპირი კლასიკური სიმულაციისთვის ზედმეტად დიდია. ტენზორული ქსელის მეთოდები ამ სირთულეს შემდეგნაირად ამცირებს: დიდ ტენზორებს უფრო პატარა, ერთმანეთთან დაკავშირებულ ნაწილებად შლის. ეს კლასიკურ კომპიუტერს კვანტური მდგომარეობების მიმსგავსების საშუალებას აძლევს, თუმცა ნაკლებად ზუსტად.

სამომავლოდ გუნდი გეგმავს, რომ IBM-ის Quantum Nightark ჩიპებით უფრო რთული დროის კრისტალებიც შეისწავლოს. ეს ჩიპები კუბიტებს შორის უფრო მეტ კავშირს გვთავაზობს, რაც, თავის მხრივ, რეალობასთან უფრო მიახლოებული მოდელების შექმნის საშუალებას იძლევა.

კვლევა გამოცემაში Nature Communications გამოქვეყნდა.