Квантовый маятник на чипе: как структурированный шум порождает ритм экспресс

Оригинал: "Noise-stabilized discrete time crystals on digital quantum processors"
arXiv:2510.13577 · 2025-10-15 · CC BY 4.0 · 1 мин
Ошибки квантового чипа IBM помогли создать устойчивый временной кристалл — ритмичные колебания, которые не затухают.

В квантовом мире шум обычно разрушает упорядоченное поведение, подобно тому как случайные толчки гасят маятник. Однако на квантовых процессорах IBM физики обнаружили обратный эффект: структурированный шум способен продлить и даже создать ритмичные колебания. Это напоминает 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, которые не дают системе замереть в хаосе и поддерживают чёткий ритм, подобный сигналам пульсара, но рождённый на лабораторном столе, а не в космосе. Этот временной кристалл — состояние, периодически меняющееся во времени без притока энергии извне, — «тикает» с частотой, вдвое меньшей частоты внешней накачки, и не является вечным двигателем, поскольку не производит полезной работы. В определённых условиях ритм концентрировался на краях решётки. Такой принцип превращает ошибки из врагов в союзников, а облачный доступ к процессорам IBM делает подобные эксперименты открытыми для многих исследователей.

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.

Учёные
William Lawrence BraggDaniel GottesmanDavid DiVincenzoGilles BrassardIgnacio CiracJohn Preskill
Понятия
шум кубита в алмазе кубит, устойчивый к шуму квантовый процессор IBM отказоустойчивый квантовый компьютер дискретный временной кристалл подпространство без декогеренции дрожание шум ионных каналов топологический квантовый компьютер фазовый шум дефазировка