Fisikawan telah menciptakan fase materi yang aneh dengan dua dimensi waktu

Lebih tepatnya: Dunia fisika kuantum dan komputasi kuantum menantang bagi kebanyakan orang. Saya telah membaca beberapa buku tentang subjek ini, tetapi penelitian yang akan saya laporkan membuat saya bersemangat. Entah bagaimana para ilmuwan telah menciptakan fase baru materi dengan waktu dua dimensi.

Ilmuwan di Institut Flatiron Pusat Fisika Kuantum Komputasi ada di New York City dibuat fase materi baru yang belum pernah terlihat sebelumnya. Apa yang istimewa tentangnya adalah bahwa atom memiliki dua dimensi waktu, meskipun mereka ada dalam aliran waktu kita yang unik. Tim dilepaskan studi mereka di Nature pada 20 Juli.

Fisikawan menciptakan fase materi yang aneh ini dengan menembakkan laser dengan pulsa berdasarkan deret Fibonacci pada atom yang digunakan dalam komputer kuantum. Mereka mengklaim bahwa ini bisa menjadi terobosan dalam komputasi kuantum, karena dapat melindungi informasi yang disimpan dari kesalahan yang ditemukan dalam metode penyimpanan kuantum saat ini. Degradasi data masih terjadi, tetapi jauh lebih lambat.

Penulis utama makalah tersebut, Philipp Dumitrescu, mengatakan bahwa dia telah mengerjakan teori di balik sains selama lebih dari lima tahun, tetapi ini adalah pertama kalinya “direalisasikan” dalam eksperimen praktis.

“[This dynamical topological phase] adalah cara berpikir yang sama sekali berbeda tentang fase materi,” kata Dumitrescu kepada Phys.org.

Harus baca: Komputasi kuantum dijelaskan

Para peneliti menyadari teori mereka dengan mem-flash ion elemen yang disebut ytterbium di komputer kuantum. Ketika mereka mengenai ion dengan pola pengulangan standar (AB, AB, AB…), qubit yang dihasilkan tetap dalam keadaan kuantum selama 1,5 detik, yang mereka katakan merupakan peningkatan yang luar biasa.

Namun, ketika mereka membombardir ion dengan pulsa Fibonacci (A, AB, ABA, ABAAB, ABAABABA…), qubit tetap dalam keadaan super selama 5,5 detik yang mengejutkan. Hasilnya luar biasa mengingat rata-rata masa pakai qubit adalah sekitar 500 nanodetik (0,00000005 detik). Masa pakai yang singkat ini karena qubit keluar dari keadaan supernya (di mana ia ada sebagai 1 dan 0 secara bersamaan) ketika diamati atau diukur. Bahkan interaksi dengan qubit lain sudah cukup untuk menghancurkan kuantum ini.

“Bahkan jika Anda menjaga semua atom di bawah kendali ketat, mereka dapat kehilangan kuantitasnya dengan berbicara dengan lingkungan mereka, memanas, atau berinteraksi dengan hal-hal dengan cara yang tidak Anda rencanakan,” kata Dumitrescu. “Dalam praktiknya, perangkat eksperimental memiliki banyak sumber kesalahan yang dapat menurunkan koherensi hanya setelah beberapa pulsa laser.”

Fisika di balik ini cukup sulit untuk dipahami oleh orang awam, tetapi diilustrasikan dalam pola ubin Penrose di atas. Seperti kristal pada umumnya, quasicrystal ini memiliki kisi yang stabil tetapi dengan struktur yang tidak pernah berulang. Pola ini adalah representasi 2D dari kotak persegi 5D.

Para peneliti ingin membuat struktur simetris yang serupa, tetapi alih-alih membangunnya di ruang angkasa, mereka membangunnya tepat waktu. Para fisikawan menggunakan laser berdenyut Fibonacci untuk membuat qubit berdimensi lebih tinggi yang memiliki “simetri waktu”. Ketika “diperas” ke dalam domain 4D kami, qubit yang dihasilkan memiliki dua dimensi waktu. Dimensi ekstra ini agak melindungi qubit dari degradasi kuantum. Namun, ini hanya diterapkan pada “tepi” luar dari baris ion 10 ytterbium (qubit pertama dan kesepuluh).

“Dalam urutan kuasi-periodik ini, ada evolusi rumit yang membatalkan kesalahan apa pun yang hidup di tepi,” kata Dumitrescu. “Karena itu, ujungnya tetap koheren secara mekanis kuantum untuk waktu yang lebih lama, lebih lama dari yang Anda harapkan.”

Meskipun fisikawan telah menunjukkan bahwa teknik ini menciptakan qubit yang jauh lebih kuat, mereka mengakui bahwa masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan. Fase materi baru ini dapat menyebabkan penyimpanan informasi kuantum jangka panjang, tetapi hanya jika mereka dapat mengintegrasikannya ke dalam komputer kuantum.

“Kami memiliki aplikasi langsung yang menarik ini, tetapi kami harus menemukan cara untuk memasukkannya ke dalam perhitungan,” kata Dumitrescu. “Ini adalah masalah terbuka yang sedang kami kerjakan.”

Kredit foto: kuantum