یک پردازنده کوانتومی فاز نامتعارف و پیشتر مشاهدهنشدهای از ماده را آشکار کرده است. این کشف، نقش کامپیوترهای کوانتومی را در پیشبرد فیزیک بنیادی برجسته میسازد.
فازهای ماده، شکلهای بنیادیای را توصیف میکنند که مواد میتوانند به خود بگیرند؛ مانند آب که به حالت مایع یا یخ وجود دارد. دانشمندان به طور سنتی این فازها را در شرایط تعادل تعریف کردهاند؛ یعنی زمانی که یک سیستم در طول زمان پایدار باقی میماند. اما طبیعت امکانات نامتعارفتری را نیز فراهم میکند: فازهایی که تنها زمانی ظاهر میشوند که یک سیستم به اجبار از حالت تعادل خارج شود. در پژوهش جدیدی که در مجله Nature منتشر شده، محققان نشان میدهند که کامپیوترهای کوانتومی بستری منحصربهفرد برای بررسی این شکلهای نامتعارف ماده فراهم میکنند.
حالتهای کوانتومی غیرتعادلی و سیستمهای فلوکه
فازهای کوانتومی غیرتعادلی، برخلاف فازهای متداول، با رفتار وابسته به زمان و پویای خود شناخته میشوند؛ ویژگیهایی که با ترمودینامیک تعادلی استاندارد قابل توضیح نیستند. دسته بهخصوص غنی از این فازها در سیستمهای فلوکه پدیدار میشود که سیستمهای کوانتومی تحت تأثیر یک محرک خارجی دورهای هستند. این تحریک ریتمیک میتواند الگوهای کاملاً جدیدی از نظم را ایجاد کند که در حالت تعادل وجود ندارند و پدیدههای فیزیکیای را آشکار سازد که فراتر از محدوده فازهای معمولی ماده قرار دارند.
با همکاری دانشگاه فنی مونیخ (TUM)، دانشگاه پرینستون و Google Quantum AI، و با استفاده از یک پردازنده کوانتومی ابررسانای ۵۸ کیوبیتی، محققان موفق به ایجاد یک حالت نظم توپولوژیکی فلوکه شدند؛ فازی که مدتها نظریهپردازی شده بود اما هرگز به صورت تجربی تحقق نیافته بود. این پژوهشگران به طور مستقیم حرکات جهتدار لبهای را که مشخصه این حالت است، مشاهده کردند و الگوریتم تداخلسنجی جدیدی برای کاوش ویژگیهای توپولوژیکی آن توسعه دادند. آنها با استفاده از این ابزارها، «تبدیل» پویای ذرات نامتعارف را مشاهده کردند که یکی از ویژگیهای پیشبینیشده این فازهای کوانتومی شگفتانگیز است.
کامپیوتر کوانتومی به مثابه یک آزمایشگاه
ملیسا ویل، نویسنده اول این مقاله و دانشجوی دکتری در دپارتمان فیزیک دانشکده علوم طبیعی دانشگاه فنی مونیخ، میگوید: «شبیهسازی فازهای غیرتعادلی با درهمتنیدگی بالا با کامپیوترهای کلاسیک بسیار دشوار است. نتایج ما نشان میدهد که پردازندههای کوانتومی فقط ابزارهای محاسباتی نیستند، بلکه بسترهای آزمایشی قدرتمندی برای کشف و کاوش حالتهای کاملاً جدید ماده محسوب میشوند.»
این پژوهش، دریچهای به سوی عصر جدیدی از شبیهسازی کوانتومی میگشاید؛ عصری که در آن کامپیوترهای کوانتومی به آزمایشگاههایی برای مطالعه چشمانداز گسترده و عمدتاً ناشناخته ماده کوانتومی غیرتعادلی تبدیل میشوند. بینشهای بهدستآمده از این مطالعات میتواند پیامدهای گستردهای داشته باشد، از درک فیزیک بنیادی گرفته تا طراحی نسل بعدی فناوریهای کوانتومی.
مرجع: «کاوش نظم توپولوژیکی غیرتعادلی روی یک پردازنده کوانتومی» نوشته M. Will, T. A. Cochran, E. Rosenberg, B. Jobst, N. M. Eassa, P. Roushan, M. Knap, A. Gammon-Smith and F. Pollmann, ۱۰ سپتامبر ۲۰۲۵, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-025-09456-3
هیچ پیشرفت علمی را از دست ندهید: به خبرنامه SciTechDaily بپیوندید.
ما را در گوگل، دیسکاور و نیوز دنبال کنید.