Google ve svém kvantovém počítači vytvořil nový druh hmoty. Časové krystaly mohou odhalit podstatu času

Zatímco klasický krystal je známý jako nerost, v jehož struktuře se jednotlivé atomy opakují v jasně daném pořadí, tak časový krystal je exotická hmota, která se dá vytvořit jen uměle. A navíc pouze v mikroskopickém měřítku. Jeho „duchovním otcem“ je americký fyzik z univerzity MIT a laureát Nobelovy ceny za fyziku Frank Wilczek, jehož v roce 2012 napadlo, že by se uspořádání atomů nemuselo opakovat jen v prostoru, ale i v čase.

Časový krystal by tak věčně kmital, aniž by k tomu potřeboval nějakou energii. Byl by tedy zároveň stabilní i proměnlivý a zdánlivě by tak připomínal perpetuum mobile, akorát s tím podstatným rozdílem, že z časového krystalu by nebylo možné energii nějak získat. Tato revoluční myšlenka před lety rozdělila vědce na dva tábory, kdy někteří byli jejími nadšenými zastánci, jiní naprostými odpůrci. 

Dosud to navíc vypadalo, že druhá skupina bude mít pravdu. V roce 2016 sice dva vědecké týmy ohlásily, že se jim povedlo časové krystaly vytvořit, podle některých vědců ale jejich krystaly nesplňovaly všechny požadavky, a nešlo tedy o pravé časové krystaly.

„Jsou zde dobré důvody si myslet, že žádný z těchto experimentů neuspěl úplně a také že kvantové počítače by mohly být zvlášť vhodné na to, aby si vedly lépe než tyto dřívější experimenty,“ uvedl pro magazín Quanta fyzik John Chalker z Oxfordské univerzity.

Kvantový počítač je pro vědu ideální proto, že pracuje místo klasických bitů s jedničkami a nulami s takzvanými qubity, což mu oproti klasickým počítačům umožňuje zpracovávat najednou všechna možná řešení.

Například šachy hraje klasický počítač tak, že vyzkouší všechny možné tahy a jejich důsledky postupně. Pokud chce vidět pouhé tři tahy dopředu, musí projít devět milionů možných šachových partií. Kvantový počítač ale prochází všechny partie v jednotlivých tazích najednou. Tedy místo devíti milionů úkonů mu stačí udělat tři.

V budoucnu se od kvantových počítačů očekává, že až se v následujících letech dostatečně zdokonalí, bude díky nim možné prolomit veškerá současná šifrování a hesla. Na to však současné stroje zatím nejsou dostatečně výkonné.

Co budeme dělat s kvantovým počítačem do té doby, říkali si vědci ze společnosti Google, která je jedním z lídrů vývoje těchto strojů. Teoretický fyzik Kostya Kechedzi proto přišel s návrhem, aby zkusili vytvořit právě časový krystal. „Mou prací, nejen s časovými krystaly, ale i s dalšími projekty, je zkoušet používat náš procesor jako vědecký nástroj ke studiu nové fyziky nebo chemie,“ uvádí Kechedzi.

Vědci našli v hračkách pro děti časové krystaly, o které se v tajnosti zajímá i armáda

9. 5. 2018 ▪ 3 min. čtení

Kvantový počítač má oproti konkurenci při vyrábění časových krystalů velkou výhodu, že umožňuje mnohem jednodušeji jednotlivé atomy naladit na správnou frekvenci. To bylo také klíčem, jak se z procesoru kvantového počítače v Googlu stal časový krystal veliký 20 atomů.

Spouštěním desetitisíců pokusů a měřením stavů jednotlivých atomů po různě dlouhou dobu mohli vědci pozorovat systém, který se opravdu choval přesně tak, jak se od časového krystalu očekávalo. Systém byl také mnohem stabilnější než při veškerých předchozích pokusech.

Google není jediný technologický gigant, který se o kvantové počítače zajímá. Svůj tým s názvem Station Q má i Microsoft, jejž vede fyzik Chetan Nayak. Shodou okolností se o časové krystaly také jako žák Wilczeka zajímá. 

Nayak zároveň tvrdí, že tyto krystaly mohou pomoct pochopit samotnou podstatu času, kdy se dále rozšiřuje myšlenka Alberta Einsteina o tom, že čas je pouze dalším rozměrem časoprostoru. „Časové krystaly jsou však podle mě první reálný případ, kdy je najednou čas jen jedním členem gangu,“ uvedl vědec k objevu Googlu.

Aby nebylo ve světě časových krystalů novinek málo, na začátku července vědci z nizozemské Technické univerzity v Delftu ohlásili, že se jim také podařilo vytvořit časový krystal. Tým Joea Randalla místo kvantového počítače použil diamant. Jejich krystal je ale menší a více omezený pro případné použití než ten od Googlu.

Ukazuje to však, že výzkum časových krystalů by mohl být perspektivním odvětvím fyziky. „Něco tak stabilního jako toto je neobvyklé a neobvyklé věci se stávají užitečnými,“ uvedl Roderich Moessner, ředitel německého fyzikálního Institutu Maxe Plancka, který se na projektu Googlu také podílel.

Podle některých vědců by se časové krystaly mohly stát základem téměř dokonalých a spolehlivých počítačových pamětí, jež by nalezly využití ve kvantových počítačích zítřka. Stejně tak by se mohly uplatnit při vylepšování atomových hodin, nejpřesnějších zařízení na měření času.