研究者らがIBMの超伝導量子コンピューターを使用して、これまでに最も複雑な時間結晶を生成した。この2次元量子材料は時間的に構造を繰り返し、無限に構成を循環する。この成果は量子系の理解と材料設計の可能性を進展させる。
時間結晶は、空間的に原子パターンを繰り返す従来の結晶とは異なります。代わりに、時間結晶は時間的にパターンを繰り返し、外部エネルギー投入なしに構成を維持し、周囲の干渉が最小限であればです。 スペインのDonostia International Physics CenterのNicolás Lorente氏と同僚らは、IBM量子コンピューター上のハニカム配列で144個の超伝導量子ビットを使用しました。各量子ビットは量子スピンを持つ粒子をシミュレートし、磁石などの量子材料の成分に似ています。これらの量子ビット間の相互作用を時間的に特定の強度パターンで変調することで、チームは2次元時間結晶を生成しました。これは以前の1次元版より複雑です。 このセットアップにより、研究者らはシステムの相図をマッピングし、変動条件下のすべての可能な状態を示しました。これは、水の相図が温度と圧力に基づいて固体、液体、気体の相を示すのと似ています。 研究に関与していないIBMのJamie Garcia氏は、この仕事は「量子系が持つすべての可能な特性、特に時間結晶のような奇妙なものを含む、より完全な全体像に基づいて量子コンピューターが新しい材料設計を助ける可能性のある多くのステップの最初かもしれない」と述べました。 基礎方程式は近似なしの従来型コンピューターでは複雑すぎ、量子コンピューティングの利点を強調しました。しかし、量子誤差のため、信頼性を評価するために古典的手法との相互検証が必要でした。中国科学アカデミー大学（University of Chinese Academy of Sciences）のBiao Huang氏は、「2次元系は数値シミュレーションが実践的に非常に困難であり、100を超える量子ビットの大規模量子シミュレーションは将来の研究の基点を提供するはずだ」と述べました。 この進展は時間結晶を量子センサー応用と結びつけ、量子物質の洞察を深めます。結果はNature Communicationsに掲載（DOI: 10.1038/s41467-025-67787-1）。