Физики создали первый двумерный кристалл времени на квантовом компьютере
Исследователи доказали реальность двумерных дискретных кристаллов времени, которые ранее существовали лишь в теории. Для эксперимента использовали мощный квантовый процессор, позволивший материи поддерживать ритм колебаний без потери энергии.
Обычные кристаллы, например алмаз или крупинка соли, имеют структуру, которая повторяется в пространстве. Их атомы выстраиваются в строгую решетку. Кристаллы времени ведут себя иначе: их структура повторяется не в пространстве, а во времени. Частицы в таком объекте постоянно переключаются между состояниями и возвращаются в исходную точку через равные промежутки. Это происходит без потребления энергии, что нарушает привычные законы равновесия.
Такую систему можно сравнить с желе, которое дрожит вечно, даже если его никто не трогает. В физике это называют спонтанным нарушением временной трансляционной симметрии. Ключевая особенность подобных кристаллов — они сопротивляются переходу в состояние покоя (термализации), к которому стремится любая обычная материя.
Ранее ученые создавали такие кристаллы только в одномерном варианте. Это были простые цепочки частиц. Сделать двумерный кристалл, то есть плоский слой, оказалось намного сложнее. Чем больше измерений имеет система, тем легче она разрушается и превращается в хаос. До сих пор ученые сомневались, сможет ли упорядоченная пульсация сохраниться на плоскости.
Физики объединили возможности новейшего оборудования и сложные методы вычислений, чтобы создать такой двухмерный временной кристалл. Результаты опубликовали в журнале Nature Communications.
Исследователи использовали процессор компании IBM под названием Heron r2. Из 156 доступных кубитов задействовали 144. Их выстроили в шестиугольную решетку, напоминающую пчелиные соты.
Между частицами создали особый вид взаимодействия — анизотропную модель Гейзенберга. В ней сила связи между соседними кубитами различалась в зависимости от направления. Это создало условия, при которых система смогла сопротивляться нагреву и хаосу. Периодические внешние импульсы заставляли кубиты менять состояние, но благодаря сложной структуре связей система не распадалась, а входила в стабильный ритм.
Эксперимент продемонстрировал, что двумерная решетка действительно перешла в новое состояние. Кубиты начали колебаться с периодом, кратным частоте внешнего воздействия, что позволило наблюдать устойчивый субгармонический отклик, характерный для кристаллов времени. Ритм сохранялся долгое время, несмотря на шумы, присущие современным квантовым компьютерам.
Для анализа фазовых переходов физики построили подробную диаграмму. Они изменяли два параметра: силу взаимодействия, переворачивающего спин, и угол периодического «удара» по кубитам. График показал четкие границы между тремя состояниями. В фазе спинового стекла система «застывала» и сохраняла локальный порядок без колебаний. В эргодической фазе наступал хаос, и квантовая информация терялась. Между этими полюсами возникала искомая фаза кристалла времени, где структура нарушала временную симметрию.
Чтобы подтвердить природу этих состояний, физики измерили квантовую информацию Фишера. Этот показатель отслеживает, как быстро растет запутанность между частицами. В хаотичной эргодической фазе запутанность увеличивалась лавинообразно. В режиме кристалла времени рост шел логарифмически медленно. Такая динамика доказала, что механизм многочастичной локализации работает даже на плоскости. Он эффективно блокировал тепловое равновесие и не давал кристаллу разрушиться.
Неожиданные результаты дала проверка начальных состояний кубитов. Стандартная конфигурация с чередующимися спинами вела себя предсказуемо. Однако полностью поляризованное состояние, где все спины направлены в одну сторону, проявило аномальную устойчивость. Оно сохраняло ритм даже при сильных возмущениях, которые должны были разрушить порядок. Ученые связали это с феноменом «квантовых шрамов» — особых траекторий, позволяющих системе избегать смешивания и тепловой смерти.
Научная работа расширила границы понимания квантовой термодинамики. Оказалось, что даже в двумерных системах с их сложными взаимодействиями можно поддерживать экзотические фазы материи. Теперь у физиков есть подтвержденный инструмент для изучения неравновесных состояний вещества на существующих квантовых процессорах.
Telegram 
Дзен 
VK Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Ученые впервые объединили головной мозг и аналог спинного мозга плодовой мушки в общую трехмерную карту. Результаты показали, как голова и тело обмениваются сигналами. Анализ сети помог выявить распределенную систему контроля: базовыми движениями насекомого руководили местные группы нейронов, тогда как мозг играл лишь роль координатора.
Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Ученые с высокой точностью измерили ключевые параметры нейтринных осцилляций — угол смешивания θ₁₂ и разность квадратов масс нейтрино. Результаты верифицировали несколькими методами.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии