„Cristalul timpului” realizat cu ajutorul computerul cuantic Google ar putea schimba fizica pentru totdeauna

Cercetătorii care lucrează în parteneriat cu Google s-ar fi putut folosi de computerul cuantic al gigantului tehnologic pentru a crea o fază complet nouă a materiei – un cristal al timpului, potrivit Live Science.

Cu capacitatea de a circula pentru totdeauna între două stări fără a pierde vreodată energie, cristalele timpului evită una dintre cele mai importante legi ale fizicii – a doua lege a termodinamicii, care afirmă că tulburarea sau entropia unui sistem izolat trebuie să crească întotdeauna. Aceste cristale de timp bizare rămân stabile, rezistând oricărei dizolvări în aleatoriu, în ciuda existenței într-o stare constantă de flux.

Atomii cristalelor timpului, a căror existenţă a fost intuită de câştigătorul premiului Nobel pentru Fizică, Frank Wilczek, în 2012, au o structură care se repetă și în timp, nu numai în spațiu. Astfel cristalelor timpului li se adaugă o a patra dimensiune, mişcarea timpului.

În esenţă asta înseamnă că ele oscilează pentru totdeauna fără nicio influenţă externă. Cristale temporale se mișcă fără energie. Este ca și cum materia și structura acestora este creată de un cerc temporal care se repetă.

Cristalul timpului, creat în 100 de secunde

Potrivit unui articol de cercetare postat pe 28 iulie în baza de date de preimprimare arXiv, oamenii de știință au reușit să creeze cristalul timpului timp de aproximativ 100 de secunde folosind qubits (versiunea de calcul cuantic a bitului tradițional al computerului) în nucleul procesorului cuantic Sycamore de la Google.

Existența acestei faze ciudate de materie nouă și tărâmul complet nou al comportamentelor fizice pe care le dezvăluie, este incredibil de interesant pentru fizicieni, mai ales că aceste cristale de timp au fost prezise doar pentru prima dată cu doar nouă ani în urmă.

„A fost o mare surpriză”, a declarat pentru Live Science Curt von Keyserlingk, fizician la Universitatea din Birmingham din Marea Britanie, care nu a fost implicat în studiu. „Dacă ai întreba pe cineva acum 30, 20 sau poate chiar 10 ani în urmă, nu s-ar fi așteptat la acest lucru”.

Cristalele timpului sunt obiecte fascinante pentru fizicieni, deoarece în esență ocolesc cea de-a doua lege a termodinamicii.

Principiul al doilea al termodinamicii precizează condițiile în care are loc transformarea energiei termice în energie mecanică. El are un caracter calitativ, arată sensul în care se produc spontan transformările, fără să se refere la cantitățile de energie schimbate. El este o particularizare a principiului general al schimburilor de energie, conform căruia transformările spontane de energie se realizează de la potențialul mai înalt spre potențialul mai scăzut. (Integral pe Live Science)

De ce sunt cristalele timpului așa de interesante. Două explicații

Pentru a putea înțelege de ce cristalele temporale sunt atât de interesante e nevoie de niște cunoștințe de termodinamică, în special cu privire la a doua lege a sa care afirmă că sistemele naturale tind să se așeze într-o stare cunoscută drept „entropie maximă”.

Să luăm un exemplu banal: dacă torni lapte într-o ceașcă de cafea acesta se va dizolva în cele din urmă în cafea în loc să stea la suprafața ei, permițând sistemului general să ajungă la un echilibru. Acest lucru se întâmplă fiindcă există mult mai multe moduri pentru lapte de a se împrăștia prin cafea decât de a rămâne la suprafața acesteia într-o manieră mai ordonată.

Acest impuls irezistibil către echilibrul termic – descris în a doua lege a termodinamicii – reflectă faptul că toate lucrurile tind să se îndrepte către stări aleatorii, mai puțin utile. Odată cu trecerea timpului sistemele degenerează inevitabil în haos și dezordine – adică entropie. Însă cristalele de timp nu se așează într-un echilibru termic.

În loc să degenereze treptat către o stare aleatorie, acestea rămân blocate în două configurații înalt energetice care alternează constant între ele într-un proces care poate continua la infinit. Pentru a explica mai bine acest lucru, profesorul de fizică și astronomie Curt von Keyserlingk, lector la Universitatea Birmingham, folosește un exemplu pe care îl prezintă studenților săi din anul 1.

Acesta începe cu un experiment de gândire: să luăm o cutie dintr-un sistem închis care este izolat de restul universului și să introducem în ea câteva zeci de monede iar apoi să o scuturăm de un milion de ori. Pe măsură ce monedele sar în toate direcțiile ele încep să se mute în poziții aleatorii tot mai haotice. Când cutia este deschisă așteptarea este ca aproximativ jumătate din monede să fie cu fața în sus și cealaltă jumătate cu pajura.

Nu contează dacă experimentul a început cu mai multe monede cu fața sau pajura în sus: sistemul uită configurația inițială și devine tot mai aleatoriu și haotic pe măsură ce este scuturat. Acest sistem închis, când este transpus în domeniul cuantic, reprezintă modalitatea perfectă de a încerca să găsim cristale temporale – și singura cunoscută până în prezent.

Să luăm acum Sycamore, procesorul cuantic al Google. Potrivit exemplului descris mai sus, în experimentul realizat de divizia de computație cuantică a Google monedele din cutie sunt reprezentate de qubiți care se învârt într-un sistem închis. Iar în loc să scuture cutia, cercetătorii au folosit un set specific de operații cuantice care pot modifica starea qubiților, proces pe care l-au repetat de multe ori.

Acesta a fost momentul în care cristalul temporal a sfidat toate așteptările. După ce s-au uitat la sistem în urma unui anumit număr de operații cercetătorii au descoperit o configurație a qubiților care nu este aleatorie ci arată similar cu cea originală. „Primul ingredient care alcătuiește un cristal temporal este că acesta își amintește ce făcea inițial. El nu uită. Sistemul de monede în cutie uită dar un cristal temporal nu o face”, subliniază von Keyserlingk.

Lucrurile nu se opresc însă aici. Dacă „scuturi” sistemul de un număr par de ori vei obține o configurație similară cu cea originală. Însă dacă aplici setul specific de operații cuantice de un număr impar de ori vei obține o altă configurație în care capetele sunt acum pajură și viceversa. Și indiferent câte astfel de operații realizezi asupra sistemului el va oscila mereu între cele două stări.

Din acest motiv comportamentul cristalelor temporale este fascinant pentru oamenii de știință. Spre deosebire de orice alt sistem cunoscut, ele nu tind către dezordine și haos. Cu alte cuvinte, ele sfidează a doua lege a termodinamicii care definește direcția în care merg toate evenimentele naturale și care este folosită de cercetători pentru a stabili direcția timpului. Gândește-te puțin la ce înseamnă asta, scrie ZDNet.

Recomandăm pentu informații suplimentare și:Quantum Computing on a Chip: Brace for the Revolution