บาคาร่าเว็บตรง นักฟิสิกส์สร้างผลึกเวลาแบบไม่ต่อเนื่องในโปรแกรมจำลองควอนตัม

บาคาร่าเว็บตรง ผลึกเวลาเป็นระบบควอนตัมพิเศษที่แสดงคาบในเวลา เช่นเดียวกับวัสดุที่เป็นผลึกเป็นระยะในอวกาศ ตั้งแต่ปี 2012 เมื่อมีการเสนอครั้งแรก ใน ทางทฤษฎีหลายกลุ่มได้สร้างระบบทดลองที่แสดงคุณลักษณะที่สำคัญของผลึกเวลา แต่ผลลัพธ์เหล่านี้ไม่มีวิธีการในการรักษาเสถียรภาพของเฟสผลึกเวลาโดยทั่วไป ทีมนักวิจัยนานาชาติได้ก้าวไปไกลกว่าการทดลองก่อนหน้านี้

โดยการสร้างผลึกเวลาที่รู้จักกันในชื่อคริสตัล

เวลาแบบไม่ต่อเนื่อง (DTC) จากห่วงโซ่ของบิตควอนตัมสปินที่ตั้งโปรแกรมได้ (qubits) ระบบใหม่นี้แสดงปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการโลคัลไลเซชันแบบหลายตัวที่ป้องกันไม่ให้ DTC ร้อนขึ้นและทำให้เกิดความร้อน และถือเป็น “ปืนสูบบุหรี่” ที่แสดงสถานะเป็นผลึกเวลาของแท้

แม้ว่าผลึกเวลาโดยทั่วไปจะคล้ายคลึงกับผลึกเชิงพื้นที่ในแง่ของการแสดงคาบข้ามมิติ แต่คาบเวลาของ DTC จะแตกต่างกันเล็กน้อย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พฤติกรรมของ DTC เกิดขึ้นซ้ำๆ กับผลคูณของจำนวนเต็ม (ด้วยเหตุนี้จึงเรียกว่า “ไม่ต่อเนื่อง”) ของคาบของแรงที่ผลักดันให้เปลี่ยนสถานะควอนตัม

เพื่อให้มีคุณสมบัติเป็นผลึกเวลา ระบบต้องเป็นไปตามเกณฑ์สองประการ: ต้องทนทานต่อการผันผวน (คล้ายกับผลึกปกติ) และพลังงานที่ขับเคลื่อนจะต้องไม่ทำให้ร้อนขึ้น ข้อกำหนดที่สองนี้กำหนดเงื่อนไขพิเศษให้กับระบบ เนื่องจากในขณะที่ระบบทางกายภาพส่วนใหญ่จะดูดซับพลังงานเพื่อให้เกิดสมดุลทางความร้อน ผลึกความร้อนดังกล่าวจะนำไปสู่การทำลายระบบในระยะเวลาหนึ่ง

วิธีหลีกเลี่ยงสิ่งนี้เรียกว่าการโลคัลไลเซชัน

แบบหลายตัว (MBL) ซึ่งหมายถึงการสร้างระบบหลายตัวซึ่งมีการแนะนำความผิดปกติจำนวนหนึ่ง แม้ว่าอนุภาคภายในระบบดังกล่าวจะมีสถานะต่างกัน พวกมันทำอย่างนั้นด้วยการแปรผันแบบสุ่ม ซึ่งนำไปสู่การแทรกแซงแบบทำลายล้าง ความผิดปกตินี้จึงป้องกันไม่ให้ระบบร้อนขึ้นโดยรักษาเสถียรภาพ

สปินใหม่ในการศึกษาล่าสุดซึ่งตีพิมพ์ในวิทยาศาสตร์ ,นักวิจัยจาก QuTech (ความร่วมมือระหว่าง TU Delft และ TNO ในเนเธอร์แลนด์) มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ และบริษัทเพชรอุตสาหกรรม Element Six ได้สร้าง DTC จากการหมุนของนิวเคลียร์ในอะตอมของคาร์บอน -13 ที่อยู่ใกล้กับจุดบกพร่องในผลึกคริสตัลของเพชร ข้อบกพร่องเหล่านี้เรียกว่าศูนย์ไนโตรเจนว่าง (NV) และสปินอิเล็กทรอนิกส์สามารถควบคุมได้โดยใช้เทคนิคทางแสง ความสามารถนี้ช่วยให้สามารถจัดการกับสปินนิวเคลียร์ในอะตอมของคาร์บอน -13 ที่อยู่ใกล้เคียงได้เช่นกัน ซึ่งหมายความว่าสปินของนิวเคลียร์ทำหน้าที่เป็น qubits ที่แยกออกมาอย่างดีด้วยสถานะควอนตัมที่สามารถควบคุมและตรวจจับได้ เพื่อให้เป็นไปตามเกณฑ์ของ MBL ระบบควรมีความผิดปกติ ระบบการหมุนด้วยเพชรทำได้เนื่องจากตำแหน่งของการหมุนของนิวเคลียสคาร์บอน-13 ภายในโครงตาข่ายไม่ได้เรียงลำดับ

รูปภาพของ Tim Taminiau, Mohamed Abobeih และ Joe Randal กับแบบจำลองของเพชรที่พวกเขาใช้ในการทดลองเอกสารเกี่ยวกับเพชร: Tim Taminiau และ postdocs Mohamed Abobeh และ Joe Randall พร้อมแบบจำลองของชิ้นส่วนเพชรที่พวกเขาใช้สร้างผลึกแห่งกาลเวลา เพื่อสร้างสถานะเริ่มต้นของระบบ นักวิจัยได้ตั้งค่าโพลาไรซ์ของสปินนิวเคลียร์ทั้งหมดให้เหมือนกัน จากนั้นพวกเขาเลือกเปลี่ยนแปลงสถานะเหล่านี้โดยใช้คลื่นความถี่วิทยุ (RF) 

หลังจากหนึ่งรอบ พวกเขาเรียกข้อมูลสถานะเริ่มต้นของระบบ 

หมายความว่ารอบสามารถเริ่มต้นอีกครั้ง ระยะเวลาของวัฏจักรนี้เป็นสองเท่าของช่วงเวลาของการขับคลื่น RF ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของพฤติกรรม DTC และนักวิจัยพบว่าพวกเขาสามารถคงรูปแบบไว้ได้มากกว่า 800 รอบเป็นเวลารวมแปดวินาที อย่างไรก็ตาม ลายเซ็น DTC ที่สำคัญมาจากการเปลี่ยนสถานะเริ่มต้นของระบบหลายตัวและทำซ้ำวงจร การทดลองสร้าง DTC ที่เสถียรโดยไม่คำนึงถึงสถานะเริ่มต้นของระบบ

เวลาที่สมบูรณ์แบบ

Tim Taminiauนักฟิสิกส์ QuTech ซึ่งเป็นผู้นำการวิจัยกล่าวว่าความเสถียรของผลึกเวลานั้นเชื่อมโยงกับคำถามพื้นฐานในกลศาสตร์ทางสถิติที่ไม่สมดุล “งานนี้ให้ข้อมูลการทดลองสำหรับปริศนาดังกล่าวและช่วยวางรากฐานสำหรับการทำความเข้าใจสถานการณ์ที่คริสตัลปรากฏขึ้นและลายเซ็นที่สังเกตได้ของพวกเขาคืออะไร” เขากล่าว เขาตั้งข้อสังเกตว่าการทำงานร่วมกันอีกครั้งได้รายงานผลลัพธ์ที่คล้ายกันใน arXivโดยใช้ตัวประมวลผลควอนตัมตาม qubits ตัวนำยิ่งยวด “เป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นที่ได้เห็นการค้นพบครั้งใหม่สองครั้งในการทดลองเกิดขึ้นหลังจากนั้นไม่นาน” เขากล่าว “ผลลัพธ์ทั้งสองนั้นเสริมกัน: พวกเขาใช้ qubits มากกว่าสองเท่า แต่คริสตัลเวลาของเรามีชีวิตอยู่นานกว่าสิบเท่า”

สำหรับงานในอนาคต Taminiau ชี้ให้เห็นว่า “โดยหลักการแล้วผลึกแห่งกาลเวลาที่แยกตัวออกมาอย่างสมบูรณ์สามารถอยู่ได้ตลอดไป ดังนั้นการยืดอายุจึงเป็นขั้นตอนต่อไปของเรา” เพื่อตรวจสอบการตั้งค่าต่างๆ ที่พฤติกรรมผลึกของเวลาเกิดขึ้น เขาและเพื่อนร่วมงานต้องการศึกษาสิ่งที่เกิดขึ้นในระบบ 3 มิติ (แทนที่จะเป็นกรณี 1 มิติที่กล่าวถึงในที่นี้) ตลอดจนในขั้นตอนอื่นๆ ของสสาร เช่น เฟสทอพอโลยี จากมุมมองที่กว้างขึ้น เขาเสริมว่าตอนนี้กลุ่มมีเครื่องจำลองควอนตัมใหม่ที่ทรงพลังพร้อมการควบคุมเฉพาะตัวสำหรับ qubits ทั้งหมด ซึ่งสามารถใช้เพื่อตรวจสอบ “ปัญหาที่น่าสนใจมากมายในฟิสิกส์หลายตัวและสาขาอื่นๆ”

Peter Hannafordนักฟิสิกส์จาก Swinburne University of Technology ในเมลเบิร์น ประเทศออสเตรเลีย ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการวิจัยนี้ อธิบายว่าผลลัพธ์นั้นมีความสำคัญในด้านผลึกเวลา เนื่องจากทีมที่นำโดย QuTech ได้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึง DTC ที่มีการแปลหลายภาษาสำหรับ ครั้งแรก. เขาแนะนำว่าผลการทดลองที่รายงานก่อนหน้านี้เกี่ยวกับ DTC ที่อิงจากระบบการปั่นหมาดนั้นมีแนวโน้มที่จะเสถียรโดยผลกระทบจากความร้อนก่อน หรืออย่างอื่นก็ไม่ได้ทำให้เกิดความผิดปกติ สำหรับงานในอนาคต เขาตั้งข้อสังเกตว่าการศึกษานี้และผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกันในปัจจุบันใน arXiv ทั้งสองมีไซต์ขัดแตะชั่วคราวสองแห่ง “ความท้าทายที่น่าตื่นเต้นสำหรับอนาคตคือการสำรวจ DTC ที่ใหญ่กว่าด้วยไซต์ขัดแตะชั่วคราว 100 แห่งขึ้นไป” เขากล่าว “สิ่งเหล่านี้สามารถเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการศึกษาปรากฏการณ์สสารควบแน่น (แปลกใหม่) ในมิติเวลาและอาจรับรู้ได้เช่นจากคอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์ของอะตอมที่เย็นจัดซึ่งกระเด้งกระดอนอย่างกังขาบนกระจกที่สั่นไหว ” บาคาร่าเว็บตรง