(Sauerstoff/Moment/Getty Images) Strom durch ein Stück Quarzkristall leiten erzeugt einen Impuls Sie können Ihre Uhr buchstäblich nach stellen. Stellen Sie ein Zeitkristall Schmelzen hingegen, und es könnte mit den tiefsten Geheimnissen des Universums pulsieren.
Ein Forscherteam aus Institutionen in ganz Japan hat die Quantengrundlagen von Teilchen aufgezeigt, die als Teilchen angeordnet sind Zeitkristall könnte theoretisch dazu verwendet werden, einige ziemlich komplexe Netzwerke darzustellen, vom menschlichen Gehirn bis zum Internet, wenn es zusammenbricht.
„In der klassischen Welt wäre dies unmöglich, da es eine enorme Menge an Rechenressourcen erfordern würde.“ sagt Marta Estarellas, a Quanten-Computing Ingenieur vom National Institute of Informatics (NII) in Tokio.
„Wir bringen nicht nur eine neue Methode zur Darstellung und zum Verständnis von Quantenprozessen mit, sondern auch eine andere Sichtweise.“ Quantencomputer .'
Seitdem sie 2012 erstmals vom Nobelpreisträger theoretisiert wurden Frank Wilczek , Zeitkristalle haben herausgefordert die Grundlagen der Physik.
Seine Version dieses Romans Aggregatszustand klingt verdächtig nach einem Perpetuum Mobile – Teilchen, die sich periodisch neu anordnen, ohne Energie zu verbrauchen oder zu verlieren, und sich im Laufe der Zeit in Mustern wiederholen, so wie es gewöhnliche Kristalle im Raum tun.
Dies liegt daran, dass die von den Atomen, aus denen sie bestehen, geteilte thermische Energie sich nicht sauber mit ihrem Hintergrund im Gleichgewicht halten kann.
Es ist ein bisschen so, als würde man eine heiße Tasse Tee trinken, die immer noch ein kleines bisschen heißer als die Raumtemperatur ist, egal wie lange sie schon auf dem Schreibtisch steht. Da die Energie in diesen tickenden Materieklumpen jedoch nirgendwo anders eingesetzt werden kann, vermeidet die Zeitkristalltheorie mit Sicherheit eine Verletzung dieser Energie physikalische Gesetze .
Noch vor ein paar Jahren Experimentalphysikern gelang es, eine Reihe von Ytterbium-Ionen so anzuordnen, dass ihre verschränkten Elektronenspins beim Auftreffen mit einem Laser auf diese Weise aus dem Gleichgewicht gerieten.
Ähnliche Verhaltensweisen wurden beobachtet andere Materialien und liefert neue Einblicke in die Art und Weise Quantenwechselwirkungen können sich entwickeln in Systemen verschränkter Teilchen.
Zu wissen, dass es zeitweise kristallähnliche Verhaltensweisen gibt, ist schön und gut. Die nächste Frage ist, ob wir ihre einzigartige Aktivität für irgendetwas Praktisches nutzen können.
In der neuen Studie wurde eine Reihe von Tools verwendet, die in gefunden wurden Graphentheorie Um mögliche Veränderungen in der Anordnung eines Zeitkristalls abzubilden (wie im Clip unten zu sehen), zeigten Forscher, wie eine diskrete Entschlüsselung der Anordnung eines Zeitkristalls – wenn man so will, sein Schmelzen – eine Kategorie hochkomplexer Netzwerke nachahmt.
„Diese Art von Netzwerken ist alles andere als regelmäßig oder zufällig, sondern enthält nichttriviale topologische Strukturen, die in vielen biologischen, sozialen und technologischen Systemen vorkommen“, so die Forscher schreiben Sie in ihren Bericht .
Die Simulation eines so hochkomplexen Systems auf einem Supercomputer könnte unpraktisch lange dauern und erhebliche Mengen an Hardware und Energie erfordern, und das ist, wenn dies überhaupt möglich ist.
Quantencomputing basiert jedoch auf einer völlig anderen Methode zur Durchführung von Berechnungen – einer, die die darin eingebettete Wahrscheinlichkeitsmathematik nutzt Aggregatzustände sogenannte „Qubits“, bevor sie gemessen werden.
Die richtige Kombination von Qubits, die als Zeitkristalle angeordnet sind, die hin und her in die Vergessenheit schwingen, könnte Signale darstellen, die sich über riesige Netze von Neuronen bewegen, Quantenbeziehungen zwischen Molekülen oder Computer, die sich rund um den Globus gegenseitig Nachrichten senden.
„Mit dieser Methode könnte man mit mehreren Qubits ein komplexes Netzwerk von der Größe des gesamten weltweiten Internets simulieren“, sagt NII-theoretischer Physiker Kae Nemoto.
Die Anwendung dessen, was wir in Zeitkristallen lernen, auf diese neue Form der Technologie könnte uns eine völlig neue Möglichkeit eröffnen, alles abzubilden und zu modellieren, von neuen Medikamenten bis hin zu zukünftiger Kommunikation.
Derzeit kratzen wir gerade erst an der Oberfläche des Potenzials, das hinter diesem neuen Zustand der Materie steckt. Basierend auf Untersuchungen wie dieser können wir sicher sein, dass die Zeit auf unserer Seite ist, wenn es um die Zukunft des Quantencomputings geht.
Diese Forschung wurde veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritte .