laser fibonacci creazione dimensione extra tempo

Lanciando un impulso laser di Fibonacci sugli atomi all’interno di un computer quantistico, i fisici hanno creato una fase della materia completamente nuova e strana che si comporta come se avesse due dimensioni del tempo. La nuova fase della materia, creata utilizzando i laser per far oscillare ritmicamente un filamento di 10 ioni di itterbio, consente agli scienziati di archiviare le informazioni in un modo molto più protetto dagli errori, aprendo così la strada ai computer quantistici che possono conservare i dati per molto tempo tempo senza ingarbugliarsi.

L’inclusione di una dimensione temporale ‘extra’ teorica «è un modo completamente diverso di pensare alle fasi della materia», ha affermato in una dichiarazione l’autore principale Philipp Dumitrescu, ricercatore presso il Center for Computational Quantum Physics del Flatiron Institute di New York City.

I fisici non si proponevano di creare una fase con una dimensione teorica del tempo extra, né stavano cercando un metodo per consentire una migliore memorizzazione dei dati quantistici.

Hanno iniziato a costruire la nuova fase nel processore quantistico H1 della società di computer quantistici Quantinuum, che consiste di 10 ioni di itterbio in una camera a vuoto che sono controllati con precisione da laser in un dispositivo noto come trappola ionica. I computer ordinari utilizzano i bit, o 0 e 1, per formare la base di tutti i calcoli. I computer quantistici sono progettati per utilizzare qubit, che possono esistere anche in uno stato di 0 o 1.
Grazie alle bizzarre leggi del mondo quantistico, i qubit possono esistere in una combinazione, o sovrapposizione, di entrambi gli stati 0 e 1 fino al momento in cui vengono misurati, in base al quale collassano casualmente in uno 0 o un 1.

La chiave del potere del calcolo quantistico

Questo strano comportamento è la chiave del potere del calcolo quantistico, poiché consente ai qubit di collegarsi tra loro attraverso l’entanglement quantistico, un processo che Albert Einstein ha soprannominato “azione spettrale a distanza”. L’entanglement accoppia due o più qubit tra loro, collegando le loro proprietà in modo che qualsiasi cambiamento in una particella provochi un cambiamento nell’altra, anche se sono separate da grandi distanze.

Ciò offre ai computer quantistici la capacità di eseguire più calcoli contemporaneamente, aumentando esponenzialmente la loro potenza di elaborazione rispetto a quella dei dispositivi classici. Per aggirare questi fastidiosi effetti di decoerenza e creare una nuova fase stabile, i fisici hanno cercato un insieme speciale di fasi chiamate fasi topologiche. Questo crea un qubit «topologico» che codifica le informazioni nella forma formata da più parti anziché da una sola parte, rendendo molto meno probabile che la fase perda le sue informazioni.

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La creazione di una nuova fase topologica all’interno di un computer quantistico si basa anche sulla rottura della simmetria, ma con questa nuova fase la simmetria non viene rotta nello spazio, ma nel tempo. Invece di indurre una fase topologica immune agli effetti di decoerenza, gli impulsi laser regolari hanno amplificato il rumore dall’esterno del sistema, distruggendolo meno di 1,5 secondi dopo l’accensione.

Dopo aver riconsiderato l’esperimento, i ricercatori si sono resi conto che per creare una fase topologica più robusta, avrebbero dovuto annodare più di una simmetria nel filamento ionico per ridurre le probabilità che il sistema venisse alterato. Per fare ciò, hanno deciso di trovare uno schema del polso che non si ripetesse semplicemente e regolarmente, ma che mostrasse comunque una sorta di maggiore simmetria nel tempo.

Questo li ha portati alla sequenza di Fibonacci, in cui il numero successivo della sequenza viene creato sommando i due precedenti. Mentre un semplice impulso laser periodico potrebbe semplicemente alternarsi tra due sorgenti laser, il loro nuovo treno di impulsi funzionava invece combinando i due impulsi precedenti. Questa pulsazione di Fibonacci creava una simmetria temporale che, proprio come un quasicristallo nello spazio, era ordinata senza mai ripetersi. E proprio come un quasicristallo, gli impulsi di Fibonacci schiacciano anche un modello di dimensione superiore su una superficie di dimensione inferiore.

Osservando il pattern degli impulsi di Fibonacci, vediamo due simmetrie temporali teoriche che vengono appiattite in un’unica simmetria fisica. «Il sistema ottiene essenzialmente una simmetria bonus da una dimensione temporale extra inesistente», hanno scritto i ricercatori nella dichiarazione.

Quando il team lo ha testato, il nuovo impulso quasiperiodico di Fibonacci ha creato una fase topografica che ha protetto il sistema dalla perdita di dati durante tutti i 5,5 secondi del test. «Per questo motivo, il bordo rimane meccanicamente coerente molto, molto più a lungo di quanto ti aspetteresti».

«Abbiamo questa applicazione diretta e allettante, ma dobbiamo trovare un modo per agganciarla ai calcoli», ha detto Dumitrescu.