Ny tilstand gir atomer to tidsdimensjoner

I jakten på mer stabile kvantedatamaskiner har fysikere skapt en tilstand som har samme fordeler som to tidsdimensjoner, men fortsatt befinner seg på én tidslinje.

I jakten på mer stabile kvantedatamaskiner har fysikere skapt en tilstand som har samme fordeler som to tidsdimensjoner, men fortsatt befinner seg på én tidslinje.

Shutterstock

Forestill deg en kasse du fyller opp ett dokument av gangen. Etter hvert er det ikke plass til flere dokumenter.

Forestill deg at samme kasse plutselig får plass til dobbelt så mye papir uten at den blir større eller dokumentene mindre. Kassen «låner» i stedet plass fra en usynlig ekstra kasse.

Forestill deg at kassen ikke eksisterer i rom, men i tid.

Slår hjernen din knuter?

Det er likevel det et team forskere fra en rekke amerikanske universiteter har gjort. De har skapt en ny tilstand der atomer oppfører seg som om de befinner seg i to tidsdimensjoner samtidig.

Resultatene er nettopp offentliggjort i tidsskriftet Nature.

Stabile kvantedatamaskiner

Den nye tilstanden skal gjøre kvantedatamaskiner mer stabile.

Mens en klassisk datamaskin er bygget opp av bits (den fundamentale informasjonsenheten), så er kvantedatamaskiner basert på kvantebits – også kalt qubits. Det er nærmest atomer lagret med data.

Vanlige databits behandler informasjon i en av to tilstander – 1 eller 0. Qubits kan derimot være 1, 0 eller begge deler samtidig. De kan altså ha flere verdier samtidig.

Fenomenet kalles superposisjon og gjør at strøm kan passere flere veier samtidig, noe som er hemmeligheten bak kvantedatamaskinens kraft.

Men det er vanskelig å holde qubits i kvantetilstanden – altså ha flere verdier samtidig – lenge av gangen. Det gir en del feil hos kvantedatamaskiner.

Fibonacci-sekvens utløser tilstand

En måte å gjøre qubits mer robuste på er på å beskyte dem med en pulserende laser, og det er det forskerne som står bak den nye tilstanden, har gjort.

Fibonacci-sekvens

I Fibonacci-tallrekken er hvert tall summen av de to foregående tallene. Beskrivelser av tallrekken finnes hos indiske matematikere allerede på 200-tallet f.v.t., men den er oppkalt etter den italienske middelalder-matematikeren Leonardo Fibonacci. Settes tallrekken inn i en graf, dannes en spiral som også setter standarden for det gylne snitt.

© Shutterstock

Laserens puls skaper såkalte tidssymmetrier – stabile mønstre – som holder fast på qubits og gjør dem mer motstandsdyktige overfor endringer. Men bare i en kort periode av gangen før de mister kvanteegenskapene sine.

Forskerne ville se om de kunne finne en måte å få qubits til å beholde kvanteegenskapene sine lenge av gangen.

Laserens puls har en rytme som beveger seg i tid. Forskerne ville legge til en ekstra tidssymmetri i samme laserpuls.

For å få lagt til denne «ekstra» tiden forsøkte forskerne å skape en ordnet rytme som samtidig ikke gjentok seg selv.

Her fant de inspirasjon i Fibonacci-sekvensen, der hvert tall er summen av de to foregående. Det er altså et system der en tallrekke bygges opp, men den danner samtidig en tallrekke som aldri gjentar seg selv.

Ved første test skjøt fysikerne en vanlig laserstråle mot en kvantedatamaskin med atomer. Her fortsatte datamaskinen å være i kvantetilstanden i 1,5 sekunder, noe som er lang tid.

Ved andre test ble den Fibonacci-inspirerte laserpulsen skutt av sted, og da fortsatte systemet i en kvantetilstand i 5,5 sekunder, noe som er en evighet for en kvantedatamaskin.

Atomer kvantecomputer laser

I denne kvantedatamaskinen skapte fysikere en tilstand som virker som om tiden har to dimensjoner. Tilstanden kan hjelpe med å beskytte kvanteinformasjon i mye lengre tid enn nåværende metoder. Den gjør at qubits, som driver kvantedatamaskiner, mer robuste.

© Quantinuum

Det kan være vanskelig å forestille seg, men fordi atomene ble bombardert med en laserstråle som nærmest hadde to rytmer på en gang, fikk den en ekstra tidssymmetri fra en tidsdimensjon som ikke eksisterer.

Atomene fikk egenskapene fra en ekstra tidsdimensjon, noe som ga dem ekstra beskyttelse slik at de kunne holde seg i kvantetilstand lenge.

Neste skritt er nå å integrere denne nye dobbelttidsmessige atom-tilstanden i funksjonelle kvantedatamaskiner.