Tidskrystaller leder forskere til fremtidigt beregningsarbejde

Tidskrystaller lyder som noget ud af science fiction, men de kan være det næste store spring inden for kvantenetværksforskning. Et hold baseret i Japan har foreslået en metode til at bruge tidskrystaller til at simulere massive netværk med meget lidt computerkraft.

De offentliggjorde deres resultater den 16. oktober Videnskabens fremskridt.

Først teoretiseret i 2012 og observeret i 2017, tidskrystaller er arrangementer af materie, der gentager sig med tiden. Normale krystaller, såsom diamanter eller salt, gentage deres atomare selvorganisering i rummet, men vis ikke nogen regelmæssighed i tide. Tidskrystaller organiserer sig selv og gentager deres mønstre i tide, hvilket betyder, at deres struktur ændres med jævne mellemrum, efterhånden som tiden skrider frem.

"Udforskningen af ​​tidskrystaller er et meget aktivt forskningsfelt, og der er opnået flere forskellige eksperimentelle erkendelser, " sagde papirforfatter Kae Nemoto, professor i principper for informatikforskningsafdelingen ved National Institute of Informatics. "Alligevel en intuitiv og fuldstændig indsigt i tidskrystallernes natur og deres karakterisering, samt en række foreslåede ansøgninger, mangler. I denne avis, vi leverer nye værktøjer baseret på grafteori og statistisk mekanik til at udfylde dette hul."

Nemoto og hendes team undersøgte specifikt, hvordan tidskrystallers kvantenatur – hvordan de skifter fra øjeblik til øjeblik i en forudsigelig, gentagende mønster - kan bruges til at simulere store, specialiserede netværk, såsom kommunikationssystemer eller kunstig intelligens.

"I den klassiske verden, dette ville være umuligt, da det ville kræve en enorm mængde computerressourcer, " sagde Marta Estarellas, en af ​​de første forfattere af papiret fra National Institute of Informatics. "Vi bringer ikke kun en ny metode til at repræsentere og forstå kvanteprocesser, men også en anderledes måde at se på kvantecomputere."

Kvantecomputere kan gemme og manipulere flere informationstilstande, hvilket betyder, at de kan behandle enorme datasæt med relativt lidt strøm og tid ved at løse flere potentielle resultater på samme tid, snarere end en efter en som klassiske computere.

"Kan vi bruge denne netværksrepræsentation og dens værktøjer til at forstå komplekse kvantesystemer og deres fænomener, samt identificere applikationer?" spurgte Nemoto. "I dette arbejde, vi viser, at svaret er ja."

Forskerne planlægger at udforske forskellige kvantesystemer ved hjælp af tidskrystaller, efter at deres tilgang er eksperimentelt testet. Med disse oplysninger, deres mål er at foreslå rigtige applikationer til indlejring af eksponentielt store komplekse netværk i nogle få qubits, eller kvantebits.

"Ved at bruge denne metode med flere qubits, man kunne simulere et komplekst netværk på størrelse med hele det verdensomspændende internet, " sagde Nemoto.