Công Nghệ

tạo ra một Tinh thể thời gian


Theo một nghiên cứu mới được công bố, máy tính lượng tử của Google vừa đạt được một bước đột phá chưa từng có, đó là tạo ra một “tinh thể thời gian”, khái niệm lý thuyết về một dạng tồn tại của vật chất. Mặc dù tên gọi của nó, một tinh thể thời gian không nhất thiết giúp bạn chế tạo một cỗ máy thời gian, mà thay vào đó, nó có thể mở đường cho các máy tính lượng tử và ổn định hơn. hữu ích hơn cho nhân loại.

Tinh thể thời gian là gì?

Lý thuyết về tinh thể thời gian được đề xuất vào năm 2012 bởi nhà khoa học Frank Wilczek. Nếu các tinh thể trong tự nhiên – chẳng hạn như kim cương – được hình thành từ một mạng tinh thể của các nguyên tử liên kết với nhau theo kiểu biến thiên tuần hoàn trong không gian, khi chúng lặp lại trong cấu trúc tinh thể.

Từ đó, Wilczek hình dung ra một vật thể gồm nhiều phần cùng tồn tại ở trạng thái cân bằng, giống như một viên kim cương. Nhưng khi vật thể phá vỡ đối xứng tịnh tiến theo thời gian, nó sẽ trải qua các chuyển động tuần hoàn và quay trở lại cấu trúc ban đầu theo những khoảng thời gian đều đặn. Quan trọng nhất, những vật thể này chuyển động ngay cả trong trạng thái năng lượng thấp nhất của chúng.

Máy tính lượng tử của Google đạt được một bước đột phá mới: tạo ra Tinh thể thời gian - Ảnh 1.

Nghĩa là, ngay cả ở trạng thái cơ bản – nơi không xuất hiện năng lượng, vật thể vẫn chuyển động bằng cách liên tục sắp xếp các nguyên tử bên trong chúng, và lặp lại theo một chu kỳ. sự lặp lại liên tục. Đó là lý do cái tên mà ông Wilczek đặt cho nó: Time Crystal.

Tính chất nghe giống như một cỗ máy chuyển động vĩnh viễn này khiến các nhà khoa học không đồng ý về việc liệu một vật thể như vậy có thể thực sự tồn tại hay không khi nó đi ngược lại định luật nhiệt động lực học. lực quy ước. Kể từ khi lý thuyết này ra đời, nhiều nghiên cứu đã cố gắng tạo ra các tinh thể thời gian ở các cấp độ khác nhau nhưng đều không thành công.

Làm điều không tưởng

Nhưng trong một nghiên cứu mới được công bố, các nhà khoa học tại Google cùng với các nhà vật lý tại Đại học Princeton, Stanford và nhiều trường đại học khác khẳng định rằng máy tính lượng tử của Google đã làm được điều đó. Đây là điều mà nhiều người coi là không thể.

Theo giải thích của Tạp chí Quanta, một tinh thể thời gian về cơ bản là sự kết hợp của ba yếu tố cốt lõi. Đầu tiên là một loạt các hạt có hướng quay bằng với chuyển động quay từ trường của chính chúng (còn được gọi là spin). Ví dụ, bốn hạt được sắp xếp theo thứ tự quay lên, xuống, xuống và lên ở năng lượng thấp. Nhưng một sự can thiệp ngẫu nhiên có thể đưa những hạt này lên mức năng lượng cao hơn. Đây được gọi là trạng thái “bản địa hóa nhiều cơ thể”.

Máy tính lượng tử của Google đạt được một bước đột phá mới: tạo ra Tinh thể thời gian - Ảnh 2.

Thứ hai là chuyển động quay của tất cả các hạt này – về cơ bản tạo ra một phiên bản được nhân đôi của nó – được gọi là trật tự Eigenstate. Điều này tạo ra một trạng thái bản địa hóa nhiều phần thứ cấp.

Cuối cùng là ứng dụng laser. Tia laser sẽ thực hiện chuyển đổi liên tục giữa các trạng thái này – từ bình thường sang phản xạ và sau đó trở lại bình thường – mà không làm tiêu hao năng lượng ròng từ tia laser. Đây còn được gọi là tinh thể thời gian Floquet, được đề xuất lần đầu tiên vào năm 2016.

Trong khi đó, máy tính lượng tử của Google, có tên Sycamore, được trang bị chip lượng tử 20 qubit, hay còn gọi là các hạt lượng tử có điều khiển – mỗi hạt lượng tử có thể duy trì hai trạng thái 0 và 1 cùng một lúc. . Bằng cách tinh chỉnh các tương tác giữa các qubit riêng lẻ, các nhà nghiên cứu có thể ngẫu nhiên hóa các tương tác này và tạo ra nhiều trạng thái cục bộ, đa phần. Năng lượng từ tia laser sau đó đưa các hạt vào trạng thái phản xạ của chính chúng, mà không làm thay đổi hướng quay của hạt.

Máy tính lượng tử của Google đạt được bước đột phá mới: tạo ra Tinh thể thời gian - Ảnh 3.

Bộ xử lý lượng tử của Google với các thiết bị siêu làm mát bên ngoài

Qubit của Google cũng bao gồm các dải nhôm siêu dẫn. Mỗi dải có hai trạng thái năng lượng, được lập trình để đại diện cho sự quay lên hoặc xuống của mỗi qubit. Nhờ khả năng tùy chỉnh mức độ tương tác giữa các qubit trong máy tính lượng tử Sycamore của Google, các nhà nghiên cứu đã có thể biến nó thành một tinh thể thời gian.

Các nhà lập trình có thể ngẫu nhiên hóa độ mạnh tương tác của các qubit và sự ngẫu nhiên hóa này tạo ra các va chạm hủy diệt giữa các qubit để cho phép tạo ra một chuỗi các qubit với sự quay của chính chúng – tương tự như phần tử đầu tiên của tinh thể thời gian: trạng thái bản địa hóa nhiều phần.

Từ dãy qubit quay này, các nhà nghiên cứu đã tạo ra các cách sắp xếp khác nhau dựa trên hướng quay của chúng: lên, xuống, xuống, lên, v.v. Sau đó, họ sử dụng các xung vi sóng để đảo ngược chuyển động quay của các qubit này và tạo ra các phiên bản được nhân đôi của chúng.

Bằng cách chạy thử nghiệm hàng chục nghìn lần với mỗi cách sắp xếp khác nhau và đo trạng thái của các qubit sau khi chạy trong một khoảng thời gian khác nhau, các nhà nghiên cứu có thể quan sát thấy rằng cấu hình quay của toàn bộ hệ thống liên tục thay đổi trở lại và giữa hai trạng thái bản địa hóa nhiều phần.

Máy tính lượng tử của Google đạt được bước đột phá mới: tạo ra Tinh thể thời gian - Ảnh 4.

Bộ xử lý lượng tử của Google

Các dấu hiệu của giai đoạn này là cực kỳ ổn định. Sự sắp xếp quay của toàn bộ hệ thống vẫn giữ nguyên ngay cả khi các xung vi sóng thay đổi. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng, các xung vi sóng không chỉ đảo ngược hướng quay của các qubit và đưa chúng về trạng thái bình thường sau hai xung, mà sự thay đổi trạng thái này không hấp thụ hoặc tiêu tán năng lượng từ từ trường. xung vi ba của tia laser, không thay đổi độ hỗn loạn của hệ thống.

Điều đó có nghĩa là gì?

Trên thực tế, đây không phải là lần đầu tiên một viên pha lê thời gian Floquet được tạo ra. Vào ngày 5 tháng 7, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Delft của Hà Lan đã tạo ra một tinh thể thời gian Floquet bằng cách sử dụng kích thước quay của các nguyên tử cacbon trong kim cương, thay vì các qubit trong bộ xử lý. lượng tử. Tuy nhiên, hệ thống của Delft nhỏ hơn và hạn chế hơn so với tinh thể thời gian trong bộ xử lý lượng tử của Google.

Vẫn chưa rõ ứng dụng thực tế của tinh thể thời gian Floquet này sẽ như thế nào, nhưng theo lý thuyết của nhà nghiên cứu Normal Yao, tính ổn định của hệ thống này hứa hẹn tạo ra một bộ nhớ gần như hoàn hảo cho máy tính. lượng tử.

Vì trạng thái lượng tử của bộ xử lý lượng tử đặc biệt dễ bị gián đoạn bởi các dao động bên ngoài, nên các tinh thể thời gian có khả năng duy trì cấu hình của chúng ngay cả khi nhiệt độ thay đổi. dao động của xung vi ba. Tuy nhiên, đây vẫn chỉ là lý thuyết và chưa có gì là chắc chắn hoàn toàn về điều này. Do đó, việc tạo ra một tinh thể thời gian ổn định từ máy tính lượng tử của Google sẽ mở đường cho việc tìm kiếm các ứng dụng thực tế của nó trong tương lai.

Nguyễn Hải

Pháp luật & độc giả

.



Source link

Tin Tức 7S

Tin tức 7s: Cập nhật tin nóng online Việt Nam và thế giới mới nhất trong ngày, tin nhanh thời sự, chính trị, xã hội hôm nay, tin tức chính thống VN.Cập nhật tin tức 24/7: Giải trí, Thể thao...tại Việt Nam & Thế giới hàng ngày. Thông tin, hình ảnh, video clip HOT cập nhật nhanh & tin cậy nhất.

Related Articles

Back to top button