Tidskristaller låter som något ur science fiction, men de kan bli nästa stora språng inom kvantnätverksforskning. Ett team baserat i Japan har föreslagit en metod för att använda tidskristaller för att simulera massiva nätverk med mycket liten datorkraft.

De publicerade sina resultat den 16 oktober Vetenskapens framsteg.

Teoretiserades först 2012 och observerades 2017, tidskristaller är arrangemang av materia som upprepas i tiden. Normala kristaller, såsom diamanter eller salt, upprepa sin atomära självorganisering i rymden, men visa inte någon regelbundenhet i tid. Tidskristaller organiserar sig själv och upprepar sina mönster i tid, vilket innebär att deras struktur förändras regelbundet när tiden går.

"Utforskningen av tidskristaller är ett mycket aktivt forskningsfält och flera olika experimentella insikter har uppnåtts, " sa pappersförfattaren Kae Nemoto, professor i principerna för informatikforskning vid Institutet för informatik. "Ändå en intuitiv och fullständig insikt om tidskristallernas natur och deras karaktärisering, samt en uppsättning föreslagna ansökningar, saknar. I det här pappret, vi tillhandahåller nya verktyg baserade på grafteori och statistisk mekanik för att fylla denna lucka."

Nemoto och hennes team undersökte specifikt hur tidskristallernas kvantnatur – hur de förändras från ögonblick till ögonblick i en förutsägbar, upprepande mönster - kan användas för att simulera stora, specialiserade nätverk, såsom kommunikationssystem eller artificiell intelligens.

"I den klassiska världen, detta skulle vara omöjligt eftersom det skulle kräva en enorm mängd datorresurser, sa Marta Estarellas, en av de första författarna till uppsatsen från National Institute of Informatics. "Vi tar inte bara med en ny metod för att representera och förstå kvantprocesser, men också ett annat sätt att se på kvantdatorer. "

Kvantdatorer kan lagra och manipulera flera informationstillstånd, vilket innebär att de kan bearbeta enorma datamängder med relativt lite kraft och tid genom att lösa flera potentiella utfall samtidigt, snarare än en efter en som klassiska datorer.

"Kan vi använda denna nätverksrepresentation och dess verktyg för att förstå komplexa kvantsystem och deras fenomen, samt identifiera applikationer?" frågade Nemoto. "I detta arbete, vi visar att svaret är ja."

Forskarna planerar att utforska olika kvantsystem med hjälp av tidskristaller efter att deras tillvägagångssätt har testats experimentellt. Med denna information, deras mål är att föreslå verkliga applikationer för att bädda in exponentiellt stora komplexa nätverk i några få qubits, eller kvantbitar.

"Att använda den här metoden med flera qubits, man skulle kunna simulera ett komplext nätverk av storleken på hela det globala internet, " sa Nemoto.