时间晶体可以开启量子计算机的全新未来

通往量子霸权的道路被一个童话般的挑战复杂化了——你如何在不改变云的形状的情况下携带云？

潜在的解决方案听起来几乎和问题本身一样荒诞。你可以引导云随着一种被称为“时间晶体”的独特材料的节拍起舞。

来自波兰雅盖隆大学的KrzysztofGiergiel和KrzysztofSacha以及来自澳大利亚斯威本科技大学的PeterHannaford提出了一种新型的“时间”电路，可以在量子逻辑风暴中保持量子比特的模糊状态。

不同于将物体描述为具有明确定义的位置和运动，同一粒子的量子视角将其位置、动量和自旋等特征描述为可能性的模糊。

最好孤立地理解这种“云”的可能性。一旦粒子与其环境相互作用，其可能性的传播就会发生变化，就像奥运会上百米短跑运动员获胜的几率一样，直到最后只观察到一种结果。

就像经典计算机可以使用粒子的二进制状态作为逻辑门的“开关”一样，量子计算机理论上可以利用粒子中不确定性的传播来快速解决它们自己的算法，其中许多算法是不切实际的，甚至不可能用老式的方法解决。

挑战在于尽可能长时间地保持可能性量子云（称为量子位）的相干性。每一次碰撞，每一次电磁风，都增加了错误的风险，破坏了数字运算的过程。

实用的量子计算机需要数百甚至数千个量子比特才能在很长一段时间内保持完整，这使得全尺寸系统成为一个巨大的挑战。

研究人员已经寻找了多种方法来提高量子计算的鲁棒性，要么将单个量子位锁定以保护它们免受退相干影响，要么在它们周围构建安全网。

现在，物理学家Giergiel、Sacha和Hannaford描述了一种新方法，将量子计算机变成了量子比特交响乐，由一种非常奇怪的指挥家的指挥棒引导。

时间晶体是随时间以重复模式转变的材料。十多年前，这些“滴答作响”的系统被理论化，后来人们利用激光的轻微推动和超冷原子团开发了这些系统的版本，在那里，光的爆发将粒子送入周期性的摆动，这与激光的定时相反。

在同行前评审服务器arXiv上的一篇论文中，三位物理学家提出利用时间晶体的独特周期性作为一种新型“时间电子学”电路的基础。这种周期性用于引导大量承载信息的量子位的微妙波，时间晶体可以开启量子计算机的全新未来可以帮助减少导致许多错误的意外碰撞。

这样一个由不断漂移的量子比特组成的时间电路，可以更容易地将计算机中的任何粒子引导到另一个粒子的路径上，以有用的而不是强加错误的方式纠缠它们的量子可能性。

虽然这个提议仍然是纯理论的，但研究小组展示了钾离子群的物理性质是如何冷却到接近绝对温度的，并在激光脉冲的引导下，可以为量子比特提供一个“管弦乐队”来跳华尔兹。

将这个想法转化为实际的、全尺寸的量子计算机，如果它真的有效的话，将需要多年的创新和实验。

然而，既然我们知道至少有几种时间晶体存在，并且可以用于实际目的，那么携带云的挑战可能根本就不是童话故事中的任务。

本研究可在同行前评议服务器arXiv上获得。

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