时间晶体可能成为量子网络研究的下一个重大飞跃

时间晶体听起来似乎不属于科幻小说，但它们可能是量子网络研究的下一个重大飞跃。日本的一个小组提出了一种使用时间晶体来模拟具有很少计算能力的大型网络的方法。

他们在2020年10月16日发布了他们的结果科学进步

时间晶体是在2012年首次理论化并于2017年观察到的，它是物质在时间上重复的排列。普通晶体，例如钻石或盐，会在空间中重复其原子自组织，但时间上不会显示任何规律性。时间晶体会自我组织并按时间重复其模式，这意味着它们的结构会随着时间的推移而周期性地变化。

“时间晶体的探索是一个非常活跃的研究领域，并且已经实现了多种多样的实验实现，”美国国立信息学研究院信息学研究原则的论文作者Kae Nemoto说。“但是，缺乏对时间晶体的性质及其表征以及一系列建议的应用程序的直观而完整的见解。在本文中，我们提供了基于图论和统计力学的新工具来填补这一空白。”

视频以完美的时光开始。随着时间的流逝，量子系统的参数发生变化，因此时间晶体开始融化。通过查看网络，我们可以看到晶体融化了多少时间。有趣的是，晶体的熔化时间不同，某些零件的熔化速度比其他零件快。在视频即将结束时，我们可以看到时间晶体已经完全融化了。

Nemoto和她的团队专门研究了时间晶体的量子性质-它们如何以可预测的重复模式在瞬间之间移动-可用于模拟大型专用网络，例如通信系统或人工智能。

美国国立信息学研究所论文的第一作者之一玛塔·埃斯塔里拉斯（Marta Estarellas）说：“在古典世界中，这将是不可能的，因为它将需要大量的计算资源。”“我们不仅带来了一种表示和理解量子过程的新方法，而且以另一种方式来看待量子计算机。”

量子计算机可以存储和处理多种信息状态，这意味着它们可以通过同时解决多个潜在结果而以相对较少的功能和时间来处理庞大的数据集，而不是像传统计算机那样一一对应。

“我们能否使用这种网络表示及其工具来理解复杂的量子系统及其现象，并识别应用程序？”内本问。“在这项工作中，我们证明答案是肯定的。”

研究人员计划在对方法进行实验测试后，使用时间晶体探索不同的量子系统。有了这些信息，他们的目标是提出实际应用，将指数级的复杂网络嵌入几个量子位或量子位中。

内本说：“使用具有几个量子位的这种方法，可以模拟一个复杂的网络，其规模相当于整个全球互联网的大小。”

参考：M. P. Estarellas，T。Osada，V。M. Bastidas，B。Renoust，K。Sanaka，W。J. Munro和K. Nemoto于2020年10月16日用时间晶体模拟复杂的量子网络，
科学进展。10.1126 / sciadv.aay8892

这项工作得到了日本教育，文化，体育，科学和技术部量子飞跃旗舰计划，日本科学技术厅，日本科学促进会和约翰·邓普顿基金会的部分支持。

其他贡献者包括T. Osada，B。Renoust和W.J.Munro，他们都隶属于国家信息学研究所。贡献者K. Sanaka和Osada隶属于东京科学大学。贡献者Bastidas和Munro在NTT理论量子物理基础研究实验室和研究中心工作。贡献者B. Renoust在大阪大学数据研究所工作。Renoust和Nemoto也在日本-法国信息学实验室任职。