По сообщению Google, квантовый компьютер Sycamore компании впервые показал практическую ценность. Учёные смогли превратить 20-кубитовый Sycamore в первый истинный временной (темпоральный) кристалл. Речь не идёт о путешествии во времени. Квантовая система Google доказала возможность существования физических структур, ранее предсказанных только теоретически — это прорыв в фундаментальной физике, что приведёт к новым и удивительным открытиям.
Идея существования временных или темпоральных кристаллов была предложена физиком Фрэнком Вильчеком (Frank Wilczek) в 2012 году. Он предположил, что если известные всем нам кристаллы от алмаза до поваренной соли имеют одну или несколько осей симметрии своей внутренней (кристаллической) структуры, то симметрии могут также существовать во времени и отличаться в каждый момент на временной шкале. В природе такие кристаллы не найдены, а если бы они были, то со временем их свойства менялись бы, правда, делая это с определённой периодичностью (симметрией).
Собственно, только это — симметрия — и роднит привычные кристаллы (с пространственной симметрией) и темпоральные кристаллы (с временной симметрией). Характеристики первых и вторых повторяются с безупречной последовательностью, хотя в первом случае речь идёт о пространстве, а во втором — о времени. Убедительных доказательств существования временных кристаллов до сих пор не было представлено, либо эти результаты остаются предметом спора учёных.
В эксперименте на квантовом компьютере Google прямо или косвенно приняли участие свыше 100 учёных из десятка научных учреждений США. Квантовая система представилась исследователям простым инструментом для превращения группы кубитов в один темпоральный кристалл. Всё, что было нужно, это заставить эту группу кубитов оставаться стабильной какое-то достаточно длительное время и демонстрировать периодическое изменение фазовых состояний — показывать симметрию характеристик во времени. В системе Google Sycamore все эти моменты можно задать и отследить — идеальный, если задуматься, полигон, хотя к квантовым вычислениям это пока не относится.
В ходе эксперимента учёные показали временную симметрию для цепочек из 8, 12 и 16 кубитов. Временная периодичность свойств кубитов сохранялась во всех случаях, что даёт повод говорить о первой физической реализации истинного дискретного временного кристалла. Можно ожидать, что временные кристаллы покажут путь к стабильности квантовых вычислений, в ходе которых физические кубиты будут без ошибок существовать сколь угодно долго.
Также теория временных кристаллов подкидывает загадку в виде нарушения второго закона термодинамики, когда система (кристалл) в возбуждённом состоянии не возвращается в стабильное состояние с наименьшей для среды энергией атомов (приходит в тепловое равновесие), а остаётся стабильной и строго упорядоченной на высокоэнергетическом уровне. Вопросов много, ответов пока нет, но перспективы вдохновляют.
