Keď elektrina prechádza cez kremenný kryštál, generuje sa impulz, podľa ktorého je možné nastaviť hodiny. Na druhej strane, keď človek začne topiť kryštál času, môže preniknúť do najhlbších tajomstiev vesmíru.
Tím vedcov v Japonsku ukázal, že kvantové základy častíc usporiadané ako časové kryštály by sa teoreticky dali použiť na predstavenie pomerne zložitých sietí, ktoré sa pri ich rozpade vyskytujú od ľudského mozgu po internet.
„V klasickom svete by to nebolo možné, pretože by to vyžadovalo obrovské množstvo výpočtového výkonu,“ hovorí Martha Estarellas, inžinierka kvantovej výpočtovej techniky v Národnom ústave informatiky (NII) v Tokiu.
„Neponúkame iba novú metódu reprezentácie a porozumenia kvantových procesov, ale aj nový pohľad na kvantové počítače.“
Odkedy ich teoreticky prvýkrát opísal v roku 2012 laureát Nobelovej ceny Frank Wilczek, časové kryštály spochybnili samotné základy fyziky.
Verzia nového stavu hmoty je podozrivo podobná večnému pohybu – častice sú pravidelne preskupované bez toho, aby spotrebovali alebo stratili energiu a opakovali sa včas.
Je to preto, že tepelná energia zdieľaná ich atómami, z ktorých sa skladá, sa nemôže presne dostať do rovnováhy s pozadím.
Je to trochu ako horúca šálka čaju, ktorá zostane o niečo teplejšia ako prostredie bez ohľadu na to, ako dlho je na vašom stole. Iba preto, že energiu v týchto tikajúcich zhlukoch hmoty nemožno použiť inde, sa teória časových kryštálov vyhýba porušovaniu akýchkoľvek fyzikálnych zákonov.
Len pred niekoľkými rokmi experimentálni fyzici úspešne umiestnili líniu yterbiových iónov takým spôsobom, že keď boli osvetlené laserom, ich zapletené elektrónové výboje by týmto spôsobom vyšli z rovnováhy.
Podobné správanie sa pozorovalo aj v iných materiáloch, ktoré poskytli nový pohľad na to, ako sa môžu vyvinúť kvantové interakcie v zapletených časticových systémoch.
Vedieť, že existuje správanie podobné kryštálu času, je dobré. Ďalšia otázka znie: môžeme ich jedinečnosť využiť na niečo praktické?
V novej štúdii pomocou súboru nástrojov na mapovanie potenciálnych zmien v umiestnení časového kryštálu (ako je znázornené na videu nižšie) vedci ukázali, ako diskrétna deštrukcia zariadenia s časovým kryštálom – jeho tavením – napodobňuje kategóriu veľmi zložitých sietí.
„Tento typ siete nie je pravidelný ani náhodný, ale obsahuje netriviálne topologické štruktúry nachádzajúce sa v mnohých biologických, sociálnych a technologických systémoch,“ píšu vedci vo svojej správe.
Simulácia takého zložitého systému na superpočítači môže vyžadovať neprakticky dlhé časové obdobia a značné množstvo vybavenia a energie, ak je to vôbec možné.
Kvantové výpočty sú však založené na úplne inom spôsobe výpočtu – pomocou matematiky pravdepodobností obsiahnutých v stavoch hmoty nazývaných „qubits“ pred meraním.
Správna kombinácia qubitov, usporiadaných ako časové kryštály, ktoré sa pohybujú tam a späť, môžu predstavovať signály prechádzajúce cez obrovské siete neurónov, kvantové vzťahy medzi molekulami alebo počítače, ktoré navzájom komunikujú po celom svete.
„Pomocou tejto metódy využívajúcej viac qubitov môžete modelovať zložitú sieť s veľkosťou celého internetu,“ hovorí teoretický fyzik NII Kae Nemoto.
Aplikácia toho, čo sa učíme o časových kryštáloch, na túto vyvíjajúcu sa formu technológie by nám mohla poskytnúť úplne nový spôsob mapovania a modelovania čohokoľvek od nových liekov po budúcu komunikáciu.
Nech už je to akokoľvek, ťažko sa dotýkame potenciálu tohto nového stavu hmoty. Na základe takéhoto výskumu si môžeme byť istí, že čas je na našej strane, pokiaľ ide o budúcnosť kvantových výpočtov.
Výskum je publikovaný v časopise Science Advances.
