Ko elektrika prehaja skozi kremenov kristal, nastane impulz, v skladu s katerim je mogoče prilagoditi uro. Po drugi strani pa, ko smo začeli topiti kristal časa, lahko prodremo v najgloblje skrivnosti vesolja.
Skupina raziskovalcev na Japonskem je pokazala, da bi lahko kvantne temelje delcev, razporejene kot časovni kristali, teoretično uporabili za predstavitev nekaterih precej zapletenih omrežij, od človeških možganov do interneta, ko se razgradijo.
“V klasičnem svetu to ne bi bilo mogoče, ker bi bilo potrebno ogromno računalniške moči,” pravi Martha Estarellas, inženirka kvantnega računalništva na Nacionalnem inštitutu za informatiko (NII) v Tokiu.
“Ne ponujamo samo novega načina zastopanja in razumevanja kvantnih procesov, temveč tudi nov način gledanja na kvantne računalnike.”
Odkar jih je leta 2012 teoretično opisal nobelovec Frank Wilczek, so časovni kristali izpodbijali same temelje fizike.
Različica novega stanja snovi je sumljivo podobna večnemu gibanju – delci se občasno prerazporedijo, ne da bi porabili ali izgubili energijo in se pravočasno ponovili.
To pa zato, ker toplotna energija, ki jo delijo njihovi sestavljeni atomi, ne more ravno priti v ravnovesje z ozadjem.
Podobno je vroči skodelici čaja, ki ostane nekoliko bolj vroča od okolja, ne glede na to, kako dolgo je na vaši mizi. Ker se energija v teh tikajočih kepah snovi ne more uporabiti drugje, se teorija časovnih kristalov izogiba kršenju fizikalnih zakonov.
Pred nekaj leti so eksperimentalni fiziki linijo ionov itterbiuma uspešno postavili na tak način, da so bili njihovi zapleteni elektronski spini, ko so bili osvetljeni z laserjem, na ta način vrženi iz ravnotežja.
Podobno vedenje so opazili tudi pri drugih materialih, kar je omogočilo nov vpogled v to, kako se lahko kvantne interakcije razvijejo v zapletenih sistemih delcev.
Vedeti, da je čas, podoben kristalnemu vedenju, je dobro. Naslednje vprašanje je: ali lahko njihovo unikatnost uporabimo za kaj praktičnega?
V novi študiji so raziskovalci z uporabo nabora orodij za preslikavo potencialnih sprememb lokacije časovnega kristala (kot je prikazano v spodnjem videu) pokazali, kako diskretno uničenje naprave s časovnim kristalom – njeno taljenje – posnema kategorijo zelo zapletenih omrežij.
“Ta vrsta omrežja ni redna ali naključna, vendar vsebuje ne trivialne topološke strukture, ki jih najdemo v mnogih bioloških, družbenih in tehnoloških sistemih,” so raziskovalci zapisali v svojem poročilu.
Simulacija tako zapletenega sistema na superračunalniku lahko zahteva nepraktično dolga časovna obdobja ter znatno količino opreme in energije, če je le mogoče.
Kvantno računanje pa temelji na povsem drugačnem načinu izračuna – z uporabo matematike verjetnosti, ki so značilne za snovi, imenovane “kubiti” pred merjenjem.
Pravilna kombinacija kubitov, razporejena kot časovni kristali, ki se nihajo naprej in nazaj, bi lahko predstavljala signale, ki potujejo skozi ogromna omrežja nevronov, kvantne odnose med molekulami ali računalnike, ki med seboj komunicirajo po vsem svetu.
“S to multi-qubit metodo lahko oblikujete zapleteno omrežje velikosti celotnega interneta,” pravi teoretični fizik NII Kae Nemoto.
Če bi to, kar se učimo o kristalih časa, uporabili za to razvijajočo se obliko tehnologije, bi lahko dobili povsem nov način kartiranja in modeliranja vsega, od novih zdravil do prihodnjih komunikacij.
Kakor koli že, komaj se dotaknemo potenciala tega novega stanja snovi. Na podlagi takšnih raziskav smo lahko prepričani, da je čas na naši strani, ko gre za prihodnost kvantnih računalnikov.
Raziskava je objavljena v Science Advances.
