Znanstvenici su korak bliže kvantnom računalstvu zahvaljujući vremenskom kristalu

Već desetljećima obećanje kvantnog računalstva lebdi na horizontu, privlačno, ali teško dostižno. Predstavljeno kao tehnologija koja bi mogla riješiti najkompleksnije probleme čovječanstva—od modeliranja klimatskih promjena do revolucije u medicini—kvantno računalstvo suočava se s ključnim izazovom: stabilnošću. No, kako prenosi Popular Mechanics, znanstvenici iz SAD-a i Kine možda su otključali ključni dio slagalice pretvarajući kvantno računalo u vremenski kristal, potencijalno nas približavajući sljedećem velikom skoku u računalnoj moći.

Njihova revolucionarna studija, objavljena u časopisu Nature Communications, pokazuje kako vremenski kristali—koncept koji je nekoć djelovao teorijski i gotovo nemoguć—mogu riješiti jedan od najvećih problema kvantnog računalstva: dekoherenciju.

Što su vremenski kristali i zašto su važni?

Ako vam izraz “vremenski kristal” zvuči kao nešto iz znanstveno-fantastičnog filma, niste daleko od istine. Prvi put teoretizirani 2012. godine od strane nobelovca Franka Wilczeka, vremenski kristali predstavljaju potpuno novo stanje tvari. Za razliku od tradicionalnih kristala, koji imaju ponavljajuće strukture u prostoru (poput dijamanata ili kvarca), vremenski kristali ponavljaju uzorke u vremenu, oscilirajući bez potrošnje energije. Ovo naizgled nemoguće ponašanje zaobilazi drugi zakon termodinamike, koji nalaže da sustavi prirodno teže kaosu.

U biti, vremenski kristali funkcioniraju na način koji djeluje poput prepisivanja zakona fizike. Zadržavaju svoju strukturu neograničeno, čineći ih iznimno stabilnima—upravo ono što je potrebno kvantnim računalima, koja su notorno sklona gubitku kvantnog stanja, što je fenomen poznat kao dekoherencija.

Korištenje topoloških vremenskih kristala

Istraživači nisu koristili bilo koji vremenski kristal; radili su s posebnom vrstom nazvanom topološki vremenski kristal. Ovi kristali su još robusniji jer njihovo ponašanje ovisi o cjelokupnoj strukturi sustava, a ne o pojedinačnim česticama. Zamislite paukovu mrežu: poremetite jednu nit, a cijela mreža se prilagođava kako bi održala oblik. Ta međusobna povezanost čini topološke vremenske kristale idealnima za borbu protiv nestabilnosti koja već dugo muči kvantne sustave.

Ugrađivanjem jedinstvenih svojstava topoloških vremenskih kristala u kvantno računalo, tim je stvorio sustav s neviđenom stabilnošću. Njihov pristup rezultirao je kvantnim sustavom koji može obavljati izračune s preciznošću—odnosno točnošću—koja je nadmašila sve prethodne eksperimente. Iako je eksperiment proveden u posebnom kvantnom stanju nazvanom pretermalni režim, implikacije su ogromne.

Zašto je ovo važno?

Kvantna računala imaju potencijal promijeniti svijet na načine koji zvuče kao znanstvena fantastika. Mogla bi otključati nove materijale za održivu energiju, simulirati klimatske modele s neviđenom preciznošću i revolucionirati područja poput umjetne inteligencije i kriptografije. Ipak, njihova krhkost do sada je sprečavala ostvarenje tih snova.

Međutim, ovo otkriće označava ključni korak naprijed. Povećanjem otpornosti kvantnih računala, istraživači približavaju san o praktičnom kvantnom računalstvu stvarnosti. I premda je pred nama još dug put, ova prekretnica dokazuje da su rješenja tih izazova jednako fascinantna kao i problemi koje nastoje riješiti. Vremenski kristali možda zvuče kao fantazija, ali mogli bi biti temelj budućnosti računalstva.

Ivan Petričević

Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.