گروهی از محققان فاز جدیدی از ماده را ایجاد کرده و مشاهده کردند که به «کریستال زمان» معروف است.
تلاش جهانی عظیمی برای طراحی کامپیوتری وجود دارد که قادر به استفاده از قدرت فیزیک کوانتومی برای انجام محاسبات با پیچیدگی بی سابقه باشد. در حالی که هنوز موانع تکنولوژیکی بزرگی بر سر راه ایجاد چنین کامپیوتر کوانتومی وجود دارد، نمونه های اولیه امروزی هنوز هم قادر به انجام شاهکارهای قابل توجه هستند.
"این یک مرحله کاملا سالم از ماده است که در آن شما پارامترها یا حالت ها را دقیق تنظیم نمی کنید، اما سیستم شما هنوز کوانتومی است.
به عنوان مثال، ایجاد "بلور زمان". همانطور که ساختار کریستال خود را در فضا تکرار می کند، کریستال زمان نیز در زمان تکرار می شود و مهمتر از همه، این کار را بی نهایت و بدون انرژی اضافی انجام می دهد - مانند ساعتی که برای همیشه بدون هیچ باتری کار می کند. تلاش برای تحقق بخشیدن به این مرحله از ماده یک چالش طولانی مدت در تئوری و آزمایش است - چیزی که اکنون بالاخره محقق شده است.
در دفتر خاطرات طبیعت، تیمی از دانشمندان ایجاد یک کریستال زمان را با استفاده از سخت افزار رایانه کوانتومی Sycamore گوگل توصیف می کنند.
متئو هیپولی، محقق فوق دکترا در دانشگاه استنفورد و یکی از نویسندگان این کار، می گوید: «تصویر بزرگ این است که ما دستگاه هایی را که برای رایانه های کوانتومی آینده طراحی شده اند، می گیریم و آنها را به خودی خود سیستم های کوانتومی پیچیده ای در نظر می گیریم. . ما به جای محاسبات، کامپیوتر را به عنوان یک پلتفرم آزمایشی جدید برای شناسایی و کشف مراحل جدید ماده به کار می اندازیم.
برای این تیم، هیجان دستاورد آنها نه تنها در ایجاد مرحله جدیدی از ماده است، بلکه در باز کردن فرصت‌هایی برای کاوش رژیم‌های جدید در حوزه فیزیک ماده متراکم خود است، که پدیده‌ها و ویژگی‌های جدید ناشی از فعل و انفعالات جمعی را مطالعه می‌کند. در یک سیستم (این گونه فعل و انفعالات می توانند بسیار غنی تر از ویژگی های اشیاء منفرد باشند.)
ودیکا کمانی، دستیار فیزیک دانشگاه استنفورد و نویسنده ارشد می گوید: «کریستال های زمانی نمونه بارز نوع جدیدی از فاز کوانتومی غیرتعادلی ماده هستند. در حالی که بسیاری از درک ما از فیزیک ماده متراکم مبتنی بر سیستم‌های تعادلی است، این دستگاه‌های کوانتومی جدید پنجره‌ای قانع‌کننده به رژیم‌های غیرتعادلی جدید در فیزیک بسیاری از اجسام در اختیار ما قرار می‌دهند.
کریستال زمان دقیقا چیست؟
مواد اصلی برای ساخت این کریستال زمان به شرح زیر است: معادل فیزیکی مگس میوه و چیزی برای لگد زدن به آن. مگس میوه فیزیک مدل Ising است، ابزاری قدیمی برای درک پدیده های فیزیکی مختلف - از جمله انتقال فاز و مغناطیس - که از شبکه ای تشکیل شده است که در آن هر فضا توسط ذره ای اشغال شده است که می تواند در دو حالت باشد که به صورت یک نشان داده می شود. چرخش به سمت بالا یا پایین
در طول سال‌های تحصیلات تکمیلی، خامانی، مشاور دکتری‌اش شیواجی سوندی، سپس در دانشگاه پرینستون، و آخیلیاس لازاریدس و رودریش موزنر از مؤسسه ماکس پلانک برای فیزیک سیستم‌های پیچیده با این دستور برای ساخت کریستال‌های موقتی غیرارادی مواجه شدند. آنها سیستم‌های موضعی غیرتعادلی را با اجسام بسیار مورد مطالعه قرار دادند - سیستم‌هایی که در آنها ذرات در حالتی که در آن شروع شده بودند «گیر می‌کنند» و هرگز نمی‌توانند در حالت تعادل آرام شوند.
آنها علاقه مند به مطالعه مراحلی بودند که می توانند در چنین سیستم هایی ایجاد شوند، زمانی که آنها به طور دوره ای توسط لیزر "لگد" می شوند. آنها نه تنها موفق به یافتن فازهای غیرتعادلی پایدار شدند، بلکه فازی را نیز پیدا کردند که در آن چرخش ذرات بین مدل‌هایی که در زمان برای همیشه تکرار می‌شوند، در دوره‌ای دو برابر دوره پیش‌رانش لیزر، مانند زمان شکل‌گیری یک زمان، منتقل می‌شوند. کریستال
ضربات لیزری دوره ای ریتم خاصی از پویایی را ایجاد می کند. معمولا "رقص" چرخش ها باید با این ریتم هماهنگ شود، اما در کریستال زمان اینطور نیست. در عوض، چرخش‌ها بین دو حالت تغییر می‌کنند و تنها پس از اینکه لیزر دو بار به آنها برخورد کرد، چرخه کامل می‌شود. این بدان معنی است که "تقارن ترجمه زمانی" سیستم شکسته شده است.
تقارن نقش عمده ای در فیزیک بازی می کند و اغلب شکسته می شود - توضیح دهنده منشاء کریستال های معمولی، آهن رباها و بسیاری از پدیده های دیگر. با این حال، تقارن ترجمه زمان برجسته است، زیرا، بر خلاف سایر تقارن ها، نمی توان در تعادل آن را به هم زد. ضربه ادواری روزنه ای است که کریستال های زمان را ممکن می کند.
دو برابر شدن دوره نوسان غیر معمول است، اما بی سابقه نیست. و نوسانات طولانی مدت نیز در دینامیک کوانتومی سیستم های چند ذره بسیار رایج است. چیزی که کریستال زمان را منحصر به فرد می کند این است که سیستمی از میلیون ها چیز است که این نوع رفتار هماهنگ را بدون ورود یا خروج انرژی نشان می دهد.
سوندی، استاد فیزیک در دانشگاه آکسفورد و یکی از نویسندگان مقاله می گوید: «این مرحله کاملاً سالمی از ماده است که در آن پارامترها یا حالت ها را دقیق تنظیم نمی کنید، اما سیستم شما هنوز کوانتومی است. "هیچ منبع انرژی وجود ندارد، هیچ نشت انرژی وجود ندارد، و برای همیشه باقی می ماند و شامل بسیاری از ذرات بسیار متقابل است."
در حالی که این ممکن است به طرز مشکوکی نزدیک به یک "ماشین حرکت دائمی" به نظر برسد، اما با نگاه دقیق تر مشخص می شود که کریستال های زمان هیچ قانون فیزیک را نقض نمی کنند. آنتروپی - معیاری برای بی نظمی در سیستم - در طول زمان ثابت می ماند و به طور ناچیز قانون دوم ترمودینامیک را بدون کاهش برآورده می کند.
بین توسعه این طرح کریستال زمان و آزمایش کامپیوتر کوانتومی که آن را به واقعیت تبدیل کرد، آزمایش‌های بسیاری توسط تیم‌های مختلف محققان به مراحل مختلف کریستال‌های نزدیک به زمان رسیدند. ارائه تمام مواد تشکیل دهنده در دستور العمل برای "محلی سازی چند بدنه" (پدیده ای که به کریستال زمان بی نهایت پایدار اجازه می دهد) یک چالش شدید باقی مانده است.
برای خمانی و همکارانش، آخرین گام برای موفقیت کریستال، کار با تیمی در Google Quantum AI بود. این گروه با هم از سخت‌افزار محاسباتی کوانتومی Sycamore گوگل برای برنامه‌ریزی 20 "اسپین" با استفاده از نسخه کوانتومی بیت‌های اطلاعات رایانه کلاسیک معروف به کیوبیت استفاده می‌کنند.
با آشکار شدن میزان علاقه به کریستال های زمان در حال حاضر، کریستال زمان دیگری ظاهر می شود. علوم پایه این ماه. این کریستال با کمک کیوبیت های الماس توسط محققان دانشگاه صنعتی دلفت هلند ساخته شده است.
کار آنها را بررسی کنید
به لطف قابلیت های ویژه کامپیوتر کوانتومی، محققان توانسته اند ادعای خود را درباره یک کریستال زمان واقعی تایید کنند. اگرچه اندازه محدود و زمان انسجام دستگاه کوانتومی (ناقص) به این معنی است که آزمایش آنها از نظر اندازه و مدت محدود است - به طوری که نوسانات کریستالی در زمان را می توان فقط برای چند صد چرخه مشاهده کرد، نه به طور نامحدود - محققان پروتکل های مختلفی را توسعه داده اند. برای ارزیابی پایداری ایجاد آنها. اینها شامل انجام شبیه سازی به عقب و جلو در زمان و مقیاس بندی اندازه آن است.
ماسنر، یکی از نویسندگان و مدیر موسسه ماکس پلانک برای فیزیک سیستم های پیچیده، گفت: ما توانستیم از انعطاف پذیری کامپیوتر کوانتومی برای کمک به تجزیه و تحلیل محدودیت های خود استفاده کنیم. اساساً او به ما گفت که چگونه اشتباهات خود را تصحیح کنیم تا اثر انگشت رفتار ایده‌آل کریستال زمان با مشاهدات زمان محدود مشخص شود.
یکی از ویژگی های کلیدی کریستال زمان ایده آل این است که نوسانات نامشخص را از همه حالت ها نشان می دهد. آزمایش این ثبات در انتخاب حالت یک چالش آزمایشی کلیدی بود و محققان پروتکلی را برای مطالعه بیش از یک میلیون حالت کریستال زمان خود تنها با یک راه‌اندازی ماشین ایجاد کردند که تنها به میلی‌ثانیه زمان اجرا نیاز داشت. مانند نگاه کردن به یک کریستال فیزیکی از زوایای مختلف برای بررسی ساختار تکراری آن است.
شیائو می، محقق گوگل و یکی از نویسندگان مقاله می گوید: «ویژگی منحصر به فرد پردازنده کوانتومی ما توانایی آن در ایجاد حالت های کوانتومی بسیار پیچیده است. "این حالت ها اجازه می دهد تا ساختارهای فاز ماده بدون نیاز به مطالعه کل فضای محاسباتی به طور موثر بررسی شوند - یک کار غیرقابل حل."
ایجاد مرحله جدیدی از ماده بدون شک در سطح بنیادی هیجان انگیز است. علاوه بر این، این واقعیت که این محققان در انجام این کار موفق شده اند، نشان دهنده سودمندی روزافزون رایانه های کوانتومی برای کاربردهایی غیر از محاسبات است. پدرام روشان، محقق گوگل و نویسنده ارشد مقاله، گفت: "من خوشبین هستم که با کیوبیت های بیشتر و بهتر، رویکرد ما می تواند به روشی کلیدی برای مطالعه دینامیک های غیرتعادلی تبدیل شود."
هیپولیتی می‌گوید: «ما فکر می‌کنیم هیجان‌انگیزترین استفاده از رایانه‌های کوانتومی در حال حاضر به عنوان پلتفرم‌هایی برای فیزیک کوانتومی بنیادی است. «با قابلیت‌های منحصر به فرد این سیستم‌ها، این امید وجود دارد که ممکن است پدیده جدیدی را که پیش‌بینی نمی‌کردید کشف کنید.
بودجه این کار از سوی آژانس پروژه های تحقیقاتی دفاعی پیشرفته (دارپا)، جایزه تحقیقاتی گوگل، بنیاد اسلون، بنیاد گوردون و بتی مور و Deutsche Forschungsgemeinschaft تامین شد.
منبع: دانشگاه استنفورد
[ad_2]
مقالات مشابه
- 13-year-old boy who bonded with Biden over stutter steals the final night of the DNC
- کودک می میرد و در آتش در یونانی مهاجر کمپ
- هیئت منصفه indicts 3 مرد به اتهام قتل در Ahmaud Arbery قتل
- بیشتر آمریکایی ها کشته شده اند از coronavirus از درگذشت در جنگ جهانی اول
- آمریکا سربازان انگلیسی کشته شده در حمله موشکی در عراق پایه مقامات می گویند
- هنگ کنگ امنیت ملی قانون می گذرد در میان پکن جهانی نگرانی
- شرکت صادرات و واردات کالاهای مختلف از جمله کاشی و سرامیک و ارائه دهنده خدمات ترانزیت و بارگیری دریایی و ریلی و ترخیص کالا برای کشورهای مختلف از جمله روسیه و کشورهای حوزه cis و سایر نقاط جهان - بازرگانی علی قانعی
- The Debate About Reopening Schools Is a Preview of Climate-Related Disruption to Come
- بهترین روش ترجمه آنلاین
- کانادایی ها در coronavirus-آمار کشتی کروز در انتظار بازگشت به وطن به عنوان آمریکایی ها در زمین خانه