Ny stoftilstand opfører sig, som om den har to tidsdimensioner

I jagten på mere stabile kvantecomputere har fysikere skabt en tilstand, der har samme fordele som to tidsdimensioner men stadig befinder sig på én tidslinje.

I jagten på mere stabile kvantecomputere har fysikere skabt en tilstand, der har samme fordele som to tidsdimensioner men stadig befinder sig på én tidslinje.

Shutterstock

Forestil dig en kasse med dokumenter, du fylder op ét dokument ad gangen. På et tidspunkt er der ikke plads til flere dokumenter.

Forestil dig så, at samme kasse pludselig får plads til dobbelt så meget papir, uden at kassen bliver større eller dokumenterne mindre. Kassen ”låner” i stedet plads fra en usynlig ekstra kasse.

Forestil dig så, at kassen ikke eksisterer i rum men i tid.

Slår din hjerne også knuder?

Det er i hvert fald, hvad et hold forskere fra en række amerikanske universiteter har gjort. De har skabt en ny stoftilstand, hvor atomer opfører sig, som om de befinder sig i to tidsdimensioner på samme tid.

Deres resultater er netop offentliggjort i tidsskriftet Nature.

Stabile kvantecomputere

Den nye tilstand skal gøre kvantecomputere mere stabile, da deres skrøbelighed er en af årsagerne til, at de endnu ikke er så udbredte.

Hvor en klassisk computer er opbygget af bits (den fundamentale informationsenhed), så er kvantecomputere baseret på kvantebits – også kaldet qubits. Det er nærmest atomer lagret med data.

De almindelige computerbits behandler information i en af to tilstande – 1 eller 0. Qubits derimod kan være både 1, 0 eller begge dele på samme tid. De kan altså have flere værdier på samme tid.

Fænomenet kaldes superposition og gør, at strøm kan løbe flere veje på samme tid, hvilket er hemmeligheden bag kvantecomputerens kraft.

Der er dog den udfordring med qubits, at det er svært at holde dem i kvantetilstanden – altså have flere værdier på samme tid – i længere tid ad gangen. Det giver en del fejl hos kvantecomputere.

Fibonacci-sekvens udløser tilstand

En måde at gøre qubits mere robuste på, er ved at sprænge dem med en pulserende laser, hvilket er det, forskerne bag den nye tilstand, har gjort.

Fibonacci-sekvens

I Fibonacci-talrækken er hvert tal summen af de to foregående tal. Beskrivelser af talrækken findes hos indiske matematikere helt tilbage i 200-tallet f.v.t., men den er opkaldt efter den italienske middelalder-matematiker Leonardo Fibonacci. Sættes talrækken ind i en graf dannes en spiral, som også sætter standarden for det gyldne snit.

© Shutterstock

Laserens puls skaber såkaldte tidssymmetrier - stabile mønstre - som fastholder qubits og gør dem mere modstandsdygtige over for forandringer. Men kun i kort tid ad gangen før de mister deres kvanteegenskaber.

Forskerne ville se, om de kunne finde en måde at få qubits til at beholde deres kvanteegenskaber i længere tid ad gangen.

Laserens puls har en rytme, som bevæger sig i tid. Forskerne ville tilføje en ekstra tidssymmetri i samme laserpuls.

For at få tilføjet denne ”ekstra” tid forsøgte forskerne at skabe en ordnet rytme, som samtidig ikke gentog sig selv.

Her fandt de inspiration i Fibonacci-sekvensen, hvor hvert tal er summen af de to foregående. Der er altså et system, hvor en talrække opbygges, men den danner samtidig en talrække, der aldrig gentager sig selv.

Ved første test skød fysikerne en almindelig laserstråle ind i en kvantecomputer med atomer. Her forblev computeren i kvantetilstand i 1,5 sekunder, hvilket er lang tid.

Ved anden test blev den Fibonacci-inspirerede laserpuls skudt afsted, og her forblev systemet i en kvantetilstand i 5,5 sekunder, hvilket er en livstid for en kvantecomputer.

Atomer kvantecomputer laser

I denne kvantecomputer skabte fysikere en tilstand af stof, der virker, som om tiden har to dimensioner. Tilstanden kan hjælpe med at beskytte kvanteinformation mod ødelæggelse i langt længere tid end nuværende metoder. Den gør de qubits, der driver kvantecomputere, mere robuste.

© Quantinuum

Det kan være svært at forestille sig, men fordi atomerne blev bombarderet med en laserstråle, der nærmest havde to rytmer på én gang, fik den en ekstra tidssymmetri fra en tidsdimension, der ikke eksisterer.

Atomerne fik tilføjet egenskaberne fra en ekstra tidsdimension, hvilket gav dem ekstra beskyttelse, så de kunne holde sig i kvantetilstand i længere tid.

Næste skridt er nu at integrere denne nye dobbelttidslige atom-tilstand i funktionelle kvantecomputere.