Když elektřina prochází křemenným krystalem, generuje se impuls, kterým můžete nastavit hodiny. Na druhou stranu, jakmile člověk začne tát krystal času, může proniknout do nejhlubších tajemství vesmíru.
Tým japonských vědců ukázal, že kvantové základy částic, uspořádaných jako časové krystaly, by teoreticky mohly být použity k reprezentaci některých poměrně složitých sítí, od lidského mozku po internet, jak se rozpadají.
„V klasickém světě by to nebylo možné, protože by to vyžadovalo obrovské množství výpočetní síly,“ říká Martha Estarellas, inženýrka kvantové výpočetní techniky v Národním institutu informatiky (NII) v Tokiu.
„Nabízíme nejen nový způsob reprezentace a porozumění kvantovým procesům, ale také nový způsob pohledu na kvantové počítače.“
Vzhledem k tomu, že byly poprvé teoreticky popsány v roce 2012 laureátem Nobelovy ceny Frankem Wilczekem, časové krystaly zpochybnily samotné základy fyziky.
Verze nového stavu hmoty je podezřele podobná věčnému pohybu – částice jsou pravidelně přeskupovány, aniž by spotřebovávaly nebo ztrácely energii a opakovaly se v čase.
Je to proto, že tepelná energie sdílená jejich atomy, z nichž se skládá, nemůže přesně přijít do rovnováhy s pozadím.
Je to trochu jako horký šálek čaje, který zůstává o něco teplejší než prostředí bez ohledu na to, jak dlouho je na vašem stole. Pouze proto, že energii v těchto tikajících shlucích hmoty nelze použít jinde, se teorie časových krystalů vyhýbá porušování jakýchkoli fyzikálních zákonů.
Ještě před několika lety experimentální fyzici úspěšně umístili řadu ytterbiových iontů takovým způsobem, že když byly osvětleny laserem, jejich zapletené elektronové spiny byly tímto způsobem vyhozeny z rovnováhy.
Podobné chování bylo pozorováno u jiných materiálů, což poskytlo nové poznatky o tom, jak se mohou vyvinout kvantové interakce v zapletených částicových systémech.
Vědět, že existuje chování podobné časovým krystalům, je dobré. Další otázka zní: můžeme jejich jedinečnost využít k něčemu praktickému?
V nové studii pomocí sady nástrojů k mapování potenciálních změn v umístění časového krystalu (jak je ukázáno ve videu níže) vědci ukázali, jak diskrétní destrukce zařízení časových krystalů – jeho tavení – napodobuje kategorii vysoce komplexních sítí.
„Tento typ sítě není pravidelný ani náhodný, ale obsahuje netriviální topologické struktury nalezené v mnoha biologických, sociálních a technologických systémech,“ píší vědci ve své zprávě.
Simulace takového složitého systému na superpočítači může vyžadovat neprakticky dlouhou dobu a značné množství zařízení a energie, pokud je to vůbec možné.
Kvantové výpočty se však spoléhají na úplně jiný způsob výpočtu – pomocí matematiky pravděpodobností obsažených ve stavech hmoty nazývaných „qubits“ před měřením.
Správná kombinace qubitů, uspořádaných jako časové krystaly houpající se tam a zpět, může představovat signály procházející obrovskými sítěmi neuronů, kvantové vztahy mezi molekulami nebo počítače komunikující mezi sebou po celém světě.
„Pomocí této metody více qubitů můžete simulovat složitou síť o velikosti celého globálního internetu,“ říká teoretický fyzik NII Kae Nemoto.
Aplikování toho, co se učíme o časových krystalech, na tuto vyvíjející se formu technologie by nám mohlo poskytnout zcela nový způsob mapování a modelování čehokoli, od nových léků po budoucí komunikaci.
Ať už je to jakkoli, těžko se dotkneme potenciálu tohoto nového stavu hmoty. Na základě tohoto výzkumu si můžeme být jisti, že čas je na naší straně, pokud jde o budoucnost kvantové práce na počítači.
Výzkum je publikován v časopise Science Advances.
