Американские физики обнаружили в ходе опытов с ионным квантовым компьютером ранее неизвестную топологическую фазу материи, при переходе в которую квантовые объекты начинают вести себя так, как будто они находятся в двух разных временных измерениях.

Открытие учёных позволит снизить уязвимость квантовых компьютеров к разным типам помех 

«Подобную фазу материи можно использовать для долговременного хранения квантовой информации. Для этого, однако, нам необходимо понять, как можно соединить эти квантовые квазикристаллы с квантовыми вычислительными машинами. Мы сейчас активно работаем над решением этой задачи», – заявил научный сотрудник Института Флэтайрон в Нью-Йорке (США) Филипп Думитреску.

Одна из основ современной физики – концепция «стрелы времени». Она подразумевает, что время движется в одну сторону, из прошлого в будущее, из-за чего «перемотать» его назад невозможно. Три года назад учёные из МФТИ выяснили, что это правило может нарушаться на квантовом уровне. Это позволило им обратить время вспять внутри квантового компьютера, а также заставить его одновременно идти и вперед, и назад.

Думитреску и его коллеги открыли другой пример «неправильного» течения времени в ходе экспериментов с квантовым компьютером System Model H1, который создала компания Quantinuum в 2020 году. Эта вычислительная машина построена на базе десяти ионов иттербия-171, способных взаимодействовать со всеми своими соседями при проведении квантовых расчетов.

Физики из США попытались понять, как случайные квантовые взаимодействия между кубитами System Model H1, а также между этими ионами и окружающей средой, влияют на появление ошибок в работе этой машины. В ходе опытов с этими частицами они обнаружили, что ионы иттербия можно перевести в ранее неизвестное фазовое состояние, которое физики назвали «квантовым квазикристаллом времени».

Как объясняют учёные, при переходе в это состояние ионы иттербия начинают вести себя так, как будто они одновременно находятся в двух разных временных измерениях. В результате этого их квантовые свойства начинают меняться квазипериодическим образом с течением времени, подобно тому, как меняется расположение атомов внутри природных и рукотворных квазикристаллов.

Последующие опыты с System Model H1 показали, что подобные перемены в свойствах ионов иттербия делают их более защищенными по отношению к внешним источникам помех. В результате этого кубиты сохраняли стабильность при проведении вычислений примерно в 3,6 раза дольше, чем при нормальном цикле работы этого квантового компьютера.

Подобный подход, как предполагают Думитреску и его коллеги, уже в ближайшем будущем позволит снизить уязвимость многокубитных квантовых компьютеров к разным типам помех. Это ускорит разработку сложно устроенных вычислительных машин, способных решать практические задачи, подытожили физики.