Tijdkristallen zijn weer in het nieuws. Er is een nieuwe studie verschenen over tijdkristallen - een nieuwe fase van materie die geweldige perspectieven biedt voor de toekomst van quantum computing. Deze keer beweren onderzoekers dat Google's Sycamore-kwantumhardware werd gebruikt om een stabiel tijdkristal te observeren.
Wat is een tijdkristal?
Tenzij je een natuurkundige bent, is de aard van het tijdkristal waarschijnlijk moeilijk te begrijpen. Onderzoekers van Stanford University, een van de instellingen achter de nieuwe studie, beschrijven deze fase van materie als "een klok die eeuwig loopt zonder batterijen." Google probeert de zaken verder te vereenvoudigen door op zijn blog uit te leggen dat tijdkristallen zijn opgebouwd uit atomen die een "schommelstructuur […] in de tijd" vormen.
Wanneer iemand aan kristallen denkt, stelt hij zich hoogstwaarschijnlijk iets voor dat lijkt op edelstenen. Maar deze kristallen bestaan uit lagen van atomen, die, als ze op microscopisch niveau worden waargenomen, patronen vormen die zich herhalen in de ruimte. Tijdkristallen zijn anders – en lijken de natuurwetten te tarten – doordat de atomen zichzelf eindeloos herhalen door de tijd zonder enige extra energie of entropie.
Stanford merkt op dat tijdkristallen de natuurwetten niet echt schenden omdat hun entropie "in de loop van de tijd constant blijft en gedeeltelijk voldoet aan de tweede wet van de thermodynamica zonder te vervallen." Het concept van tijdkristallen - dat wil zeggen stabiele materie bestaande uit atomen die in de tijd een oscillerend patroon vormen - werd een paar jaar geleden voorgesteld, maar de nieuwe creatie van een tijdkristal is een enorme mijlpaal op het gebied van de kwantumfysica.
Creatieve doorbraak
De nieuwe doorbraak komt van onderzoekers van Google Quantum AI, Stanford University, Oxford University en het Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems. Deze nieuwe ontwikkeling is het eerste voorbeeld van een tijdkristal dat de zogenaamde lokalisatie van veel lichamen - een toestand die werd bereikt tijdens eerdere experimenten met het "bijna-tijdkristal".
Google Quantum AI's Sycamore quantum computing-hardware speelde een belangrijke rol bij de ontwikkeling. Het project omvatte het gebruik van apparatuur om het tijdkristal te testen. Quantum computing - in ons geval op een Sycamore-processor - stelt ons in staat om fluctuaties in de tijd waar te nemen door de bewering van de stabiliteit van het tijdkristal te accepteren en harde gegevens te gebruiken om dit aan te tonen. Stanford merkt op dat kwantumcomputerhardware onvolmaakt is en "eindige omvang en tijdcoherentie" heeft, maar onderzoekers hebben deze beperkingen kunnen overwinnen met behulp van verschillende protocollen.
In dit experiment werd Google Quantum AI-apparatuur gebruikt om het tijdkristal te raken met 20 spins van kwantumbits informatie (qubits), werden enkele honderden oscillatiecycli waargenomen, omdat het onmogelijk is om het tijdkristal eeuwenlang eindeloos te observeren om zeker te zijn van zijn stabiliteit.
Wat is het volgende
Het creëren van een nieuwe fase van de materie is zeker interessant op een fundamenteel niveau. Het toont de opwindende toekomst die quantum computing belooft, tenminste als het gaat om de wetenschappelijke ontdekkingen en toekomstige quantuminnovaties die op verschillende gebieden kunnen verschijnen.
Google legt uit dat er nog veel werk aan de winkel is voordat er een echte kwantumcomputer wordt gebouwd, al verwacht de Quantum AI-divisie binnen dit decennium een "handige foutcorrigerende kwantumcomputer" te ontwikkelen.
Het bedrijf heeft jarenlang algoritmen en theorieën ontwikkeld die een sleutelrol gaan spelen in een foutcorrigerende kwantumcomputer. Voorlopig bieden de kwantumprocessors van het bedrijf wetenschappers een manier om stabiele tijdkristallen betrouwbaar te modelleren, waardoor de deur wordt geopend naar een nieuwe wereld van onderzoek naar nieuwe fasen van materie.
Lees ook: