Шум, который помогает: квантовый «маятник» на чипе экспресс
В квантовом мире шум обычно разрушает упорядоченное поведение, словно случайные толчки гасят маятник. Но на квантовых процессорах IBM физики обнаружили обратное: структурированный шум способен продлить и даже создать ритмичные колебания. Это похоже на маятник, который от беспорядочных, но внутренне согласованных толчков раскачивается сильнее. Такой эффект проявился при моделировании магнитного материала на решётке кагомэ — узоре из переплетённых треугольников и шестиугольников, заимствованном из японского плетения корзин. Чтобы уместить сложную геометрию на чипе с фиксированной схемой связей, учёные добавили дополнительные кубиты-помощники. Их неизбежные сбои вносят управляемый беспорядок — случайные перевороты магнитных взаимодействий, не давая системе замереть в хаосе и поддерживая чёткий ритм, подобный сигналам пульсара, но рождённый на столе, а не в космосе. Этот временной кристалл «тикает» с частотой вдвое меньше внешней накачки, не являясь вечным двигателем. В определённых условиях ритм концентрировался на краях решётки. Принцип превращает ошибки из врагов в союзников, а облачный доступ к процессорам IBM делает эксперименты открытыми для многих.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2510.13577
Floquet many-body phases such as discrete time crystals (DTCs) are typically fragile to imperfections, and stabilizing them on noisy quantum hardware remains a central challenge in nonequilibrium quantum physics. Here, we use IBM Eagle and Heron superconducting processors to implement Floquet dynamics of a kicked Ising model on two-dimensional Kagome lattices, engineered via ancilla-assisted embeddings into the heavy-hex connectivity of the devices. By combining error-mitigated measurements on quantum hardware with matrix-product-state simulations incorporating an ancilla-noise model constructed from experimental device data, we observe long-lived subharmonic magnetization oscillations that are stabilized -- rather than destroyed -- by structured quantum noise. Across different two-dimensional lattice geometries, increasing cases beyond Kagome lattices, and with or without boundary symmetry-charge pumping, ancilla errors effectively act as spatiotemporal disorder that induces stochastic sign flips of the Ising couplings, providing a unified mechanism for robust period-doubling responses. When symmetry-charge pumping is present, intrinsic boundary-localized $$\pi$$ modes cooperate with this disorder to yield a boundary-assisted DTC characterized by suppressed scrambling and sharply localized dynamics. In contrast, in implementations without pumping, the noiseless dynamics rapidly thermalize and exhibit no subharmonic order, whereas the same noise process alone generates a DTC-like long-lived subharmonic response over experimentally accessible time windows. These results identify engineered ancilla noise as a practical control knob for inducing, stabilizing, and geometrically tailoring nonequilibrium dynamical order on scalable superconducting quantum processors.
Концепцию временных кристаллов впервые предложил физик Фрэнк Вильчек в 2012 году, и поначалу многие считали её противоречащей законам физики.
Идея временных кристаллов перекликается с научно-фантастическими сюжетами о машинах времени или вечных двигателях, но в реальности им нужна периодическая подпитка.