მთელი მსოფლიოს მასშტაბით უზარმაზარი ძალისხმევა ეთმობა ისეთი კომპიუტერის შექმნას, რომელსაც შეეძლება, კვანტური ფიზიკის ძალა უპრეცედენტო სირთულის გამოთვლების შესასრულებლად გამოიყენოს. მართალია, ამ ამოცანასთან მიმართებით ჯერ კიდევ უზარმაზარი დაბრკოლებების წინაშე იმყოფება ტექნოლოგიები, თუმცა ამჟამინდელი პროტოტიპებიც შესანიშნავ მიღწევებს გვთავაზობს.
მაგალითად, საგულისხმოა მატერიის ახალი ფაზის შექმნა, რომელსაც “დროის კრისტალს” უწოდებენ. ისევე როგორც კრისტალის სტრუქტურა მეორდება სივრცეში, დროის კრისტალი მეორდება დროში და, რაც მთავარია, ამას უსასრულოდ და დამატებითი ენერგიის გარეშე აკეთებს. რა თქმა უნდა, ასეთი ინოვაცია ბევრ კითხვას იწევდა… როგორ გახდა მისი მიღწევა შესაძლებელი?
30 ნოემბერს ჟურნალ Nature-ში გამოქვეყნებულ კვლევაში, სტენფორდის უნივერსიტეტის, Google Quantum AI, მაქს პლანკის რთული სისტემების ფიზიკის ინსტიტუტისა და ოქსფორდის უნივერსიტეტის მეცნიერთა ჯგუფმა დეტალურად აღწერა დროის კრისტალის შექმნა კვანტური გამოთვლითი ტექნიკა Google Sycamore-ს გამოყენებით.
“ჩვენ ვიღებთ მოწყობილობებს, რომლებიც მომავლის კვანტური კომპიუტერები და სისტემები იქნება. გამოთვლის ნაცვლად, კომპიუტერს ვამუშავებთ, როგორც ახალ ექსპერიმენტულ პლატფორმას მატერიის ახალი ფაზების გასაცნობად და აღმოსაჩენად” — ამბობს მატეო იპოლიტი, სტენფორდის უნივერსიტეტის მკვლევარმა და კვლევის თანაავტორმა.
მიღწევის კულმინაციას წარმოადგენს არა მხოლოდ მატერიის ახალი ფაზის შექმნა, არამედ ახალი რეჟიმების კვლევის შესაძლებლობის წარმოქმნაც, რომელიც კოლექტიური ურთიერთქმედებით გამოწვეულ ახალ მოვლენებსა და თვისებებს შეისწავლის. “დროის კრისტალები მატერიის არაბალანსირებული კვანტური ფაზის ახალი ტიპის მთავარი მაგალითია. კონდენსირებული მატერიის ფიზიკის ჩვენი გაგება კი წონასწორობის სისტემებს ეფუძნება”.
რა არის დროის კრისტალი?
დროის ამ კრისტალის დასამზადებლად ძირითადი ინგრედიენტები შემდეგია: დროზოფილას ფიზიკური ეკვივალენტი და ის, რაც მას სტიმულს მისცემს. ფიზიკის დროზოფილა არის ისინგის (გრძელვადიანი ინსტრუმენტი სხვადასხვა ფიზიკური ფენომენის გასაგებად) მოდელი. ეს უკანასკნელი ერთგვარი გისოსისგან შედგება, რომელშიც ყოველი ადგილი ნაწილაკს უკავია. თავის მხრივ, შესაძლოა, ნაწილაკი ორ მდგომარეობაში იყოს წარმოდგენილი — მბრუნავი როგორც ქვემოთ, ისე ზემოთ.
მეცნიერებმა მრავალი სხეულის არაბალანსირებული ლოკალიზებული სისტემები შეისწავლეს — სისტემები, რომლებშიც ნაწილაკები “იჭედება” იმ მდგომარეობაში, რომელშიც ვერასდროს მიიღწევა მოდუნება და წონასწორობა. შედეგად, მათ აღმოაჩინეს ისეთი ფაზები, რომლებშიც ნაწილაკების ბრუნვა შაბლონებს შორის იცვლებოდა და დროში უსასრულოდ მეორდებოდა. თანაც, ლაზერული აგზნების პერიოდზე ორჯერ ხანგრძლივად გრძელდებოდა და დროის კრისტალს ქმნიდა.
ლაზერის პერიოდული ზემოქმედება გარკვეული რიტმის დინამიკას ადგენს. ჩვეულებრივ ბრუნვების “ცეკვა” ამ რიტმთან უნდა იყოს სინქრონიზებული, მაგრამ დროის კრისტალში ასე არ ხდება. ამის ნაცვლად, ბრუნვა ორ მდგომარეობას შორის იცვლება, ციკლი კი მხოლოდ ლაზერის ორჯერ დარტყმის შემდეგ სრულდება. ეს ნიშნავს, რომ “დროის თარგმანის სიმეტრიის” სისტემა დარღვეულია. სიმეტრიები ფუნდამენტურ როლს თამაშობს ფიზიკაში და ისინი ხშირად იშლება, რაც რეგულარული კრისტალების, მაგნიტების და მრავალი სხვა ფენომენის წარმოშობას ხსნის. თუმცა დროის თარგმნის სიმეტრია იმით გამოირჩევა, რომ სხვა სიმეტრიებისგან განსხვავებით, წონასწორობაში მისი დარღვევა შეუძლებელია…
მკვლევრებმა კვანტური კომპიუტერის განსაკუთრებული შესაძლებლობების მეშვეობით შეძლეს, ჭეშმარიტი დროის კრისტალის შესახებ არსებული მტკიცება დაედასტურებინათ. მათ კვანტური მოწყობილობის გამძლეობის შესაფასებლად სხვადასხვა პროტოკოლები შეიმუშავეს. “ჩვენ კვანტური კომპიუტერის მრავალმხრივი შესაძლებლობების გამოყენება შევძელით, რათა არსებული შეზღუდვები შეგვესწავლა”.
სრულყოფილი დროის კრისტალის მთავარი განმასხვავებელი თვისება ის არის, რომ იგი ნებისმიერი მდგომარეობიდან განუსაზღვრელ ვიბრაციას ავლენს. ამასთანავე, ახალი კვანტური პროცესორის უნიკალურ მახასიათებელს წარმოადგენს უნარი, შექმნას ძალიან რთული კვანტური მდგომარეობები. ეს მდგომარეობები მეცნიერებს საშუალებას აძლევს, ეფექტურად შეამოწმონ მატერიის ფაზური სტრუქტურები, მთელი გამოთვლითი სივრცის შესწავლის გარეშე.
მატერიის ახალი ეტაპის შექმნა უდავოდ საინტერესოა ფუნდამენტურ დონეზე. გარდა ამისა, ის ფაქტი, რომ მკვლევრებმა წარმატებას მიაღწიეს, კვანტური კომპიუტერების მზარდ სარგებლიანობაზე მიუთითებს.
