Kiedy energia elektryczna przechodzi przez kryształ kwarcu, generowany jest impuls, zgodnie z którym można ustawić zegar. Z drugiej strony, zaczynając topić kryształ czasu, można zgłębić najgłębsze tajemnice Wszechświata.
Zespół naukowców z Japonii wykazał, że podstawy kwantowe cząstek, ułożone jak kryształy czasu, można teoretycznie wykorzystać do reprezentowania niektórych dość złożonych sieci, od ludzkiego mózgu po Internet, w trakcie ich rozpadu.
„W klasycznym świecie nie byłoby to możliwe, ponieważ wymagałoby ogromnej mocy obliczeniowej” – mówi Martha Estarellas, inżynier obliczeń kwantowych w National Institute of Informatics (NII) w Tokio.
„Oferujemy nie tylko nowy sposób przedstawiania i rozumienia procesów kwantowych, ale także nowy sposób patrzenia na komputery kwantowe”.
Odkąd zostały po raz pierwszy opisane teoretycznie w 2012 roku przez laureata Nagrody Nobla Franka Wilczka, kryształy czasu rzuciły wyzwanie samym podstawom fizyki.
Wersja nowego stanu materii jest podejrzanie podobna do perpetuum mobile – cząsteczki są okresowo przestawiane, bez zużywania i utraty energii, powtarzając się w czasie.
Dzieje się tak, ponieważ energia cieplna dzielona przez ich atomy składowe nie może dokładnie znaleźć się w równowadze z tłem.
To trochę jak filiżanka gorącej herbaty, która pozostaje trochę cieplejsza niż otoczenie, niezależnie od tego, jak długo znajduje się na stole. Tylko że ponieważ energia w tych tykających skupiskach materii nie może być wykorzystana gdzie indziej, teoria kryształów czasu unika naruszania jakichkolwiek praw fizycznych.
Zaledwie kilka lat temu fizycy eksperymentalni z powodzeniem ustawili linię jonów iterbu w taki sposób, że po oświetleniu laserem ich splątane spiny elektronów zostały wyrzucone z równowagi w ten sposób.
Podobne zachowanie zaobserwowano w innych materiałach, co dostarczyło nowych informacji na temat tego, jak mogą rozwijać się interakcje kwantowe w układach splątanych cząstek.
Świadomość, że istnieje zachowanie podobne do kryształu czasu, jest dobra. Kolejne pytanie brzmi: czy możemy wykorzystać ich wyjątkowość do czegoś praktycznego?
W nowym badaniu, przy użyciu zestawu narzędzi do mapowania potencjalnych zmian w lokalizacji kryształu czasu (jak pokazano na poniższym filmie), naukowcy pokazali, w jaki sposób dyskretne zniszczenie urządzenia kryształu czasu – topienie go – naśladuje kategorię wysoce złożonych sieci.
„Ten typ sieci nie jest regularny ani przypadkowy, ale zawiera nietrywialne struktury topologiczne występujące w wielu systemach biologicznych, społecznych i technologicznych” – napisali naukowcy w swoim raporcie.
Symulacja tak złożonego systemu na superkomputerze może wymagać niepraktycznie długich okresów oraz znacznej ilości sprzętu i energii, jeśli to w ogóle możliwe.
Obliczenia kwantowe opierają się jednak na zupełnie innym sposobie wykonywania obliczeń – wykorzystując matematykę prawdopodobieństwa właściwego dla stanów materii zwanych „kubitami” przed pomiarem.
Właściwa kombinacja kubitów, ułożonych jako kryształy czasu poruszające się w tę iz powrotem, może reprezentować sygnały przemieszczające się przez ogromne sieci neuronów, kwantowe relacje między cząsteczkami lub komputery komunikujące się ze sobą na całym świecie.
„Korzystając z tej metody wykorzystującej wiele kubitów, można modelować złożoną sieć o rozmiarze całego Internetu” – mówi fizyk teoretyczny NII Kae Nemoto.
Zastosowanie tego, czego dowiadujemy się o kryształach czasu, w tej ewoluującej formie technologii, może dać nam zupełnie nowy sposób mapowania i modelowania wszystkiego, od nowych leków po przyszłą komunikację.
Tak czy inaczej, prawie nie dotykamy potencjału tego nowego stanu materii. Opierając się na takich badaniach, możemy być pewni, że czas jest po naszej stronie, jeśli chodzi o przyszłość komputerów kwantowych.
Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Science Advances.
