در یک پیشرفت قابل توجه در زمینه فیزیک کوانتومی، یک پردازنده کوانتومی موفق شده است مرحله 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 شد، 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.
اما طبیعت فقط به تعادل محدود نمی شود و مراحل غیرعادی و گذرا زمانی رخ می دهد که سیستم از تعادل خارج شود. در مطالعه جدیدی که در مجله نیچر منتشر شده است، محققان نشان دادهاند که رایانههای کوانتومی بستر منحصر به فردی را برای بررسی این اشکال عجیب و غریب از ماده فراهم میکنند.
فازهای کوانتومی خارج از تعادل
بر خلاف فازهای معمولی، فازهای کوانتومی خارج از تعادل دارای رفتار دینامیکی و وابسته به زمان هستند. ویژگی هایی که با قوانین ترمودینامیک کلاسیک قابل توضیح نیستند. یکی از غنیترین دستهبندیهای این فازها در سیستمهای Floquet شکل میگیرد. یعنی سیستم های کوانتومی که تحت تحریکات دوره ای خارجی قرار می گیرند. این برانگیختگی های منظم می توانند الگوهای نظم جدیدی ایجاد کنند که در حالت تعادل وجود ندارند و پدیده هایی را آشکار کنند که فراتر از مرزهای فازهای معمول ماده هستند.
در این تحقیق، تیم مشترک دانشگاه مونیخ، پرینستون و گوگل موفق به ایجاد فاز فلوک توپولوژیکی با استفاده از یک پردازنده ابررسانا 58 کیوبیتی شدند. حالتی از ماده که سال ها فقط به صورت نظری پیش بینی می شد و هرگز به صورت تجربی مشاهده نشده بود.
محققان توانستند به طور مستقیم حرکات جهتی لبه های این فاز را مشاهده کنند و یک الگوریتم تداخل سنجی جدید برای بررسی ویژگی های توپولوژیکی آن ایجاد کردند. آنها با استفاده از این ابزارها شاهد «تحول دینامیک ذرات عجیب» بودند. پدیده ای که به عنوان یکی از نشانه های کلیدی این مراحل غیرعادی پیش بینی می شد.
کامپیوتر کوانتومی به عنوان یک آزمایشگاه مواد جدید
ملیسا ویل، دانشجوی دکترای فیزیک در دانشگاه فنی مونیخ و اولین نویسنده مقاله، میگوید: «فازهای کوانتومی به شدت درهمتنیده و خارج از تعادل هستند و شبیهسازی آن با رایانههای کلاسیک دشوار است». نتایج ما نشان می دهد که پردازنده های کوانتومی تنها ابزار محاسباتی نیستند. آنها سکوهای آزمایشگاهی قدرتمندی برای کشف و مطالعه حالات کاملاً جدید ماده هستند.”
این تحقیق درها را به سوی عصر جدیدی از شبیه سازی کوانتومی باز می کند. عصری که در آن رایانه های کوانتومی به عنوان آزمایشگاهی برای کاوش در قلمرو وسیع و ناشناخته ماده کوانتومی خارج از تعادل عمل می کنند. نتایج این مطالعات می تواند پیامدهای گسترده ای در درک فیزیک بنیادی و طراحی فناوری های کوانتومی نسل بعدی داشته باشد.
