Kun sähkö kulkee kvartsikiteiden läpi, syntyy pulssi, jonka mukaan kelloa voidaan säätää. Toisaalta, kun on alkanut sulaa ajan kristalli, voidaan tunkeutua maailmankaikkeuden syvimpiin salaisuuksiin.
Japanin tutkijaryhmä on osoittanut, että aikakristallien muodossa järjestettyjen hiukkasten kvanttipohjia voitaisiin teoriassa käyttää edustamaan joitain melko monimutkaisia verkkoja ihmisen aivoista Internetiin, kun ne hajoavat.
“Klassisessa maailmassa tämä ei olisi ollut mahdollista, koska se olisi vaatinut valtavan määrän laskentatehoa”, sanoo Tokion kansallisen tietotekniikan instituutin (NII) kvanttilaskentaininsinööri Martha Estarellas.
“Emme tarjoa vain uutta menetelmää kvanttiprosessien esittämiseksi ja ymmärtämiseksi, mutta myös uuden näkökulman kvanttitietokoneisiin.”
Aikakiteet ovat kyseenalaistaneet fysiikan perustan, koska Nobel-palkittu Frank Wilczek kuvaili niitä ensimmäisen kerran teoreettisesti vuonna 2012.
Uuden aineen tila on epäilyttävän samanlainen kuin ikuinen liike – hiukkaset järjestetään säännöllisesti kuluttamatta tai menettämättä energiaa, toistuen itse ajoissa.
Tämä johtuu siitä, että niiden muodostavien atomien jakama lämpöenergia ei voi tulla tasapainoon taustan kanssa.
Se on vähän kuin kuuma kuppi teetä, joka pysyy hieman kuumempana kuin ympäristö riippumatta siitä, kuinka kauan se on pöydälläsi. Ainoastaan, koska näissä tiksuvissa aineosissa olevaa energiaa ei voida käyttää muualla, aikakiteiden teoria välttää fyysisten lakien rikkomista.
Vain muutama vuosi sitten kokeelliset fyysikot sijoittivat ytterbium-ionien linjan onnistuneesti siten, että laserilla valaistuna heidän takertuneet elektronipyöräytyksensä menisivät tasapainosta tällä tavalla.
Samanlaista käyttäytymistä on havaittu muissa materiaaleissa, mikä on antanut uusia oivalluksia siitä, kuinka kvanttivaikutukset voivat kehittyä sotkeutuneissa hiukkasjärjestelmissä.
On hyvä tietää, että on olemassa kristallimainen käyttäytyminen. Seuraava kysymys on: voimmeko käyttää niiden ainutlaatuisuutta johonkin käytännölliseen?
Uudessa tutkimuksessa, käyttäen joukkoa työkaluja mahdollisten muutosten kartoittamiseksi aikakiteen sijainnissa (kuten alla olevassa videossa on esitetty), tutkijat osoittivat, kuinka aikakidelaitteen erillinen tuhoaminen – sen sulattaminen – jäljittelee erittäin monimutkaisten verkkojen luokkaa.
“Tämän tyyppinen verkko ei ole säännöllinen tai satunnainen, mutta sisältää ei-triviaalia topologista rakennetta, joka löytyy monista biologisista, sosiaalisista ja teknologisista järjestelmistä”, tutkijat kirjoittavat raportissaan.
Tällaisen monimutkaisen järjestelmän simulointi supertietokoneella voi edellyttää käytännössä pitkiä aikoja ja huomattavan määrän laitteita ja energiaa, jos se on mahdollista.
Kvanttilaskenta perustuu kuitenkin täysin eri tapaan suorittaa laskenta – käyttämällä matematiikkaa todennäköisyydestä, joka on ominaista aineen tiloille, joita kutsutaan nimellä “quitit” ennen mittausta.
Oikea yhdistelmä kubitteja, jotka on järjestetty edestakaisin heiluvina aikakiteinä, voisi edustaa signaaleja, jotka kulkevat valtavien hermosolujen verkostojen, molekyylien välisten kvanttisuhteiden tai keskenään kommunikoivien tietokoneiden kautta ympäri maailmaa.
“Tämän monikitibittimenetelmän avulla voit simuloida monimutkaista verkkoa, joka on koko globaalin Internetin kokoinen”, kertoo NII: n teoreettinen fyysikko Kae Nemoto.
Aikakiteistä oppimisen soveltaminen tähän kehittyvään tekniikan muotoon voi antaa meille aivan uuden tavan kartoittaa ja mallintaa kaikkea uusista lääkkeistä tulevaan viestintään.
Olkoon niin kuin on, me tuskin koskemme tämän uuden aineen mahdollisuuksia. Tämänkaltaisen tutkimuksen perusteella voimme olla varmoja, että aika on meidän puolellamme kvanttilaskennan tulevaisuuden suhteen.
Tutkimus on julkaistu Science Advances -lehdessä.
