天天實時：物理學家創(chuàng)造了一種具有兩個時間維度的奇特物質(zhì)相

物理學家通過向量子計算機內(nèi)使用的原子發(fā)射基于斐波那契序列的脈沖的激光創(chuàng)造了這種奇怪的物質(zhì)階段。他們認為，這可能是量子計算的一個突破，因為它可以保護存儲的信息不受當前量子存儲方法中出現(xiàn)的錯誤影響。數(shù)據(jù)退化仍然發(fā)生，但速度要慢得多。

該研究的論文第一作者Philipp Dumitrescu表示，他已經(jīng)在這一科學背后的理論上工作了五年多，但這是第一次在實際實驗中“實現(xiàn)”。

Dumitrescu告訴Phys.org說道：“（這種動態(tài)拓撲相）是對物質(zhì)相位的一種完全不同的思考方式。”

【資料圖】

研究人員通過對量子計算機中一種叫做鐿的元素的離子進行頻閃來實現(xiàn)他們的理論。當他們用標準的重復模式（AB、AB、AB......）撞擊離子時，產(chǎn)生的量子比特保持了1.5秒的量子化，他們指出這是一個令人難以置信的改進。

然而當他們用斐波那契脈沖（A、AB、ABA、ABAAB、ABAABABA......）轟擊離子時，量子比特在超級狀態(tài)下保持了驚人的5.5秒。考慮到一個量子比特的平均壽命約為500納秒（0.00000005秒），這些結(jié)果是非常顯著的。這種短暫的壽命是因為每當觀察或測量時量子比特就會離開它的超狀態(tài)（在這里它同時作為1和0存在）。甚至跟其他量子比特的相互作用也足以破壞這種量子性。

Dumitrescu說道：“即使你嚴格控制所有的原子，它們也會因為跟環(huán)境交談、加熱或以你沒有計劃的方式與事物互動而失去其量子性。在實踐中，實驗設(shè)備有許多誤差源，在僅僅幾個激光脈沖之后就會降低相干性。”

它背后的物理學對于普通人來說是相當難以琢磨的，但在上面的彭羅斯瓷磚圖案中得到了說明。像典型的晶體一樣，這種準晶體有一個穩(wěn)定的晶格，其結(jié)構(gòu)從未重復過。這個圖案是5D正方形晶格的2D顯示。

研究人員希望創(chuàng)建一個類似的對稱結(jié)構(gòu)，但他們不是在空間中構(gòu)建它而是在時間中構(gòu)建它。物理學家們使用斐波那契脈沖激光器創(chuàng)造了一個擁有“時間對稱性”的高維量子比特。當“壓扁”到我們的4D領(lǐng)域時，產(chǎn)生的量子比特有兩個時間維度。這個額外的維度在一定程度上保護了量子比特不被降解。然而它只適用于10鐿離子系列的外部“邊緣”（第一個和第十個量子比特）。

“有了這個準周期序列就有了一個復雜的演化過程，它抵消了所有生活在邊緣的錯誤，”Dumitrescu說道，“正因為如此，邊緣保持量子力學一致性的時間比你預期的要長得多。”

盡管物理學家們已經(jīng)證明該技術(shù)創(chuàng)造了更加穩(wěn)健的量子比特，但他們承認他們?nèi)杂性S多工作要做。這種新物質(zhì)階段可以產(chǎn)生長期的量子信息存儲，但前提是他們能以某種方式將其整合到量子計算機中。

“我們有這種直接的、誘人的應用，但我們需要找到一種方法將其與計算掛鉤，”Dumitrescu說道，“這是我們正在努力解決的一個開放性問題。”