在量子计算机内创建一个新的拓扑相也依赖于对称性破缺,但在这个新相中,对称性不是在空间上被打破,而是在时间上被打破。
通过使链中的每个离子与激光发生周期性震动,物理学家希望打破静止离子的连续时间对称性并强加它们自己的时间对称性——其中量子比特在一定的时间间隔内保持不变——这将创造贯穿材料的有节奏的拓扑阶段。
但实验失败了。常规的激光脉冲并没有诱导不受退相干效应影响的拓扑相位,而是放大了来自系统外部的噪声,在开启后不到 1.5 秒就将其摧毁。
在重新考虑实验后,研究人员意识到要创建一个更强大的拓扑相,他们需要在离子链中打结不止一次的对称性,以降低系统被打乱的几率。为了做到这一点,他们决定寻找一种脉冲模式,这种模式不会简单而有规律地重复,但在时间上却表现出某种更高的对称性。
这将他们引向了斐波那契序列,其中序列的下一个数字是通过将前两个相加来创建的。虽然一个简单的周期性激光脉冲可能只是在两个激光源(A、B、A、B、A、B 等)之间交替,但它们的新脉冲序列通过组合之前的两个脉冲(A、AB、 ABA、ABAAB、ABAABABA 等)。
这种斐波那契脉冲创造了一种时间对称性,就像空间中的准晶体一样,被有序排列,从不重复。就像准晶体一样,斐波那契脉冲也将更高维度的图案挤压到更低维度的表面上。在诸如彭罗斯平铺的空间准晶体的情况下,五维晶格的切片被投影到二维表面上。在查看斐波那契脉冲模式时,我们看到两个理论时间对称性被扁平化为一个物理时间对称性。
研究人员在声明中写道:“该系统基本上从不存在的额外时间维度中获得了额外的对称性。” 该系统似乎是一种存在于具有两个时间维度的更高维度的材料——即使这在现实中可能在物理上是不可能的。
当团队对其进行测试时,新的准周期斐波那契脉冲创建了一个地形阶段,可以保护系统在整个 5.5 秒的测试期间不会丢失数据。事实上,他们创造了一个比其他相位更长时间不受退相干影响的相位。