时间晶体可能成为量子网络研究的下一个重大飞跃

时间晶体可能成为量子网络研究的下一个重大飞跃

时间晶体听起来像是科幻小说里的东西,但它们可能是量子网络研究的下一个重大飞跃。一个位于日本的团队提出了一种利用时间晶体以极少的计算能力模拟大规模网络的方法。他们在2020年10月16日的《科学进展》上发表了研究成果。

时间晶体最早在2012年被理论化,2017年被观测到,是一种在时间上重复的物质排列。普通的晶体,如钻石或盐,在空间中重复其原子自组织,但在时间上没有任何规律。时间晶体在时间中自组织并重复它们的模式,这意味着它们的结构随着时间的推移而周期性地变化。

“对时间晶体的探索是一个非常活跃的研究领域,并且已经实现了几种不同的实验实现。”论文作者、国立信息学研究所信息学原理研究部教授Kae Nemoto说。”然而,对于时间晶体的本质及其表征的直观和完整的认识,以及一套建议的应用还很缺乏。在本文中,我们提供了基于图论和统计力学的新工具来填补这一空白。”

视频以一个完美的时间晶体开始。当时间推移,量子系统的参数发生变化,使时间晶体开始融化。我们可以通过观察网络来了解时间晶体融化的程度。有趣的是,时间晶体并不是平均融化的,有些部分比其他部分融化得更快。在视频的最后,我们可以看到时间晶体已经完全融化了。资料来源:日本国立信息学研究所全球量子信息科学研究中心。

Nemoto和她的团队专门研究了时间晶体的量子性质–它们如何以可预测的、重复的模式从一瞬间转移到另一瞬间–如何用于模拟大型的、专门的网络,如通信系统或人工智能。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

“在经典世界中,这是不可能的,因为它需要大量的计算资源,”来自国家信息学研究所的论文的第一作者之一Marta Estarellas说。”我们不仅带来了一种新的方法来表示和理解量子过程,还带来了一种看待量子计算机的不同方式。”

量子计算机可以存储和操作信息的多种状态,这意味着它们可以通过同时解决几个潜在的结果,而不是像经典计算机那样一个一个地处理巨大的数据集,而功率和时间相对较少。

“我们能否利用这种网络表示及其工具来理解复杂的量子系统及其现象,以及确定应用?” Nemoto问道。”在这项工作中,我们表明答案是肯定的。”

研究人员计划在他们的方法经过实验测试后,使用时间晶体探索不同的量子系统。有了这些信息,他们的目标是提出真正的应用,将指数级大的复杂网络嵌入到几个qubits,或量子比特中。

“使用这种方法与几个qubits,可以模拟出整个世界互联网大小的复杂网络,”Nemoto说。

这项工作得到了日本文部科学省量子跃迁旗舰计划、日本科学技术厅、日本科学促进会和约翰-邓普顿基金会的部分支持。

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