در یک پیشرفت قابل توجه در زمینه فیزیک کوانتومی، یک پردازنده کوانتومی موفق شده است فاز عجیب و غریب و قبلاً دیده نشده ای از ماده را آشکار کند.
به گزارش خبرآنلاین، این کشف که با همکاری دانشگاه فنی مونیخ (TUM)، دانشگاه پرینستون و تیم هوش مصنوعی کوانتومی گوگل انجام شده است، نشان می دهد که رایانه های کوانتومی می توانند نقشی فراتر از محاسبات داشته باشند و به آزمایشگاه هایی برای کشف ویژگی های اساسی طبیعت تبدیل شوند.
مراحل ماده اشکال اساسی هستند که ماده می تواند به خود بگیرد. مانند موقعیت هایی که آب به صورت مایع یا یخ وجود دارد. در تعریف سنتی، دانشمندان این مراحل را در حالت تعادل مطالعه می کنند، یعنی زمانی که یک سیستم در طول زمان پایدار می ماند.
با این حال، طبیعت به تعادل محدود نمی شود و هنگامی که تعادل سیستم به هم می خورد، مراحل غیرعادی و موقتی ممکن است رخ دهد. در مطالعه جدیدی که در مجله نیچر منتشر شده است، محققان نشان می‌دهند که رایانه‌های کوانتومی پلتفرمی منحصر به فرد برای بررسی این اشکال عجیب و غریب از ماده فراهم می‌کنند.
فازهای کوانتومی غیرتعادلی
بر خلاف فازهای معمولی، فازهای کوانتومی غیرتعادلی دارای رفتار دینامیکی و وابسته به زمان هستند. خواصی که با قوانین ترمودینامیک کلاسیک قابل توضیح نیستند. یکی از غنی ترین دسته های این مراحل در سیستم های Floquet اتفاق می افتد. یعنی سیستم های کوانتومی تحت محرک های دوره ای خارجی قرار می گیرند. این برانگیختگی‌های منظم می‌توانند الگوهای نظم جدیدی ایجاد کنند که در حالت تعادل نیستند و می‌توانند پدیده‌هایی را فراتر از محدوده‌های فازهای معمولی ماده آشکار کنند.
در این تحقیق، یک تیم مشترک از دانشگاه مونیخ، پرینستون و گوگل موفق به ایجاد یک مرحله فلوک توپولوژیکی با استفاده از یک پردازنده ابررسانا 58 کیوبیتی شدند. این حالتی از ماده است که سال ها فقط به صورت تئوری پیش بینی شده است و هرگز به صورت تجربی مشاهده نشده است.
محققان توانستند مستقیماً حرکات جهتی را در لبه‌های این فاز مشاهده کنند و یک الگوریتم تداخل سنجی جدید برای بررسی خواص توپولوژیکی آن ایجاد کردند. آنها با استفاده از این ابزارها شاهد «تحول دینامیک ذرات عجیب» بودند. پدیده ای که گمان می رود یکی از نشانه های کلیدی این مراحل غیرعادی باشد.
کامپیوتر کوانتومی به عنوان یک آزمایشگاه مواد جدید
ملیسا ویل، نویسنده اول مقاله و دانشجوی دکترای فیزیک در دانشگاه فنی مونیخ، می‌گوید: «فازهای کوانتومی بسیار درهم‌تنیده و ناپایدار هستند و شبیه‌سازی آنها با رایانه‌های کلاسیک دشوار است. نتایج ما نشان می دهد که پردازنده های کوانتومی فقط ابزارهای محاسباتی نیستند. اینها سکوهای آزمایشگاهی قدرتمندی برای کشف و مطالعه حالات کاملاً جدید ماده هستند.»
این تحقیق دری را به روی عصر جدیدی در شبیه سازی کوانتومی باز می کند. عصری که در آن رایانه های کوانتومی به عنوان آزمایشگاهی برای کاوش در میدان وسیع و ناشناخته ماده کوانتومی ناپایدار عمل می کنند. نتایج این مطالعات می تواند پیامدهای گسترده ای در درک فیزیک بنیادی و در طراحی فناوری های کوانتومی نسل بعدی داشته باشد.