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研究称谷歌量子计算机刚被用于打造所谓的时间晶体

2021-07-31 12:57 · 稿源:cnbeta

一项新研究称,谷歌量子计算机已被用于打造所谓的“时间晶体”,但这项突破并不意味着谷歌有能力打造一台“时间机器”。作为一种颠覆传统热力学定律的新物质相,科学家在 2012 年首次提出了这个概念,可知时间晶体是一种持续在不平衡状态下运行的系统。

放置谷歌量子处理器的低温恒温器

与处于热平衡状态的其它物质相不同,时间晶体相当稳定,但构成它们的原子却在不断演化。

对于这个理论,科学家们还是存在一定的争论,即这样是事物在现实中是否真的可能存在。

好消息是,在近日登上预印本的一篇文章中,谷歌研究人员已经介绍了他们与普林斯顿、斯坦福等多所大学的物理学家联合开展的一项新研究。

(来源:PDF)

有待同行评审的这篇预印本文章声称,谷歌量子计算机项目已经实现了许多人认为不可能的事情。

我们的工作,采用了一种时间翻转协议。该协议将外部退相干与内在热化区分开来,并利用量子典型性来规避密集采样本征谱的指数开销。

本次实验还通过有限规模分析,确定了 DTC 之外的相变。基于这些结果,我们建立了一套可扩展的方法,来研究当前量子处理器上的物质非平衡相。

时间晶体可在不消耗能量的情况下,于两种状态间来回翻转。

对于非专业人士来说,这样的表述很容易让人一头雾水。正如《量子杂志》(Quanta Magazine)所解释的那样,时间晶体基本上由三个核心元素组成。

首先是一排具有自磁性取向的粒子,其被锁定在低能和高能配置的混合物中,且拥有所谓的“多体局域化”(many-body localization)特征。

翻转这些粒子的所有方向,可有效创建一个镜像版本,即所谓的本征态顺序(eigenstate order),它实际上是一个次要的多体局部态(MBL State)。

然后是激光的应用,这会导致状态的循环,从正常到镜像、如此往复。但实际上,它并没有消耗激光器本身的净能量。于是 2016 年的时候,科学家们首次提出了 Floquet 时间晶体的概念。

谷歌 Sycamore 量子计算机所使用的可控量子粒子芯片,拥有 20 个量子比特(Qubit),且每个量子比特都可同时保持两种状态。

通过调整单个量子比特之间的相互作用强度,研究人员得以随机化它们的相互作用,并实现多体局域化。然后微波将粒子颠倒为它们的镜面方向,但自旋变化不会从激光本身获取净能量。

至于时间晶体的理论研究和潜在应用,目前尚未有明确的方向。不过研究人员表示,至少现在我们有了一种可扩展的方法,来研究当前量子处理器上的物质非平衡相。

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