کشف فاز کوانتومی جدید ماده با کامپیوتر کوانتومی ۵۸ کیوبیتی گوگل

فازهای کوانتومی غیرتعادلی: فراتر از ماده معمولی

برخلاف فازهای رایج ماده مانند جامد، مایع و گاز که در حالت تعادل قرار دارند، فازهای کوانتومی مورد بحث، غیرتعادلی بوده و دارای ویژگی‌های پویا هستند که با گذشت زمان تکامل می‌یابند. یکی از خاص‌ترین انواع این حالت‌ها در سیستم‌های فلوکه (Floquet) پدیدار می‌شود؛ سیستم‌های کوانتومی که به صورت دوره‌ای و ریتمیک در زمان «تحریک» می‌شوند. این تحریک ریتمیک قادر است اشکال کاملاً جدیدی از نظم را ایجاد کند که تحت هیچ شرایط تعادلی نمی‌توانند وجود داشته باشند و پدیده‌هایی را آشکار می‌سازد که اساساً فراتر از دسترس فازهای معمولی ماده هستند.

شبیه‌سازی ناممکن با کامپیوترهای کلاسیک

تا پیش از این، شبیه‌سازی چنین حالت‌های پیچیده و به شدت درهم‌تنیده‌ای با کامپیوترهای کلاسیک غیرممکن بود. اما تیم تحقیقاتی با استفاده از پردازنده کوانتومی ۵۸ کیوبیتی ابررسانای گوگل توانستند این حالت توپولوژیکی را با موفقیت ایجاد کنند.

مشاهده «تراجهش» ذرات اگزوتیک

محققان در این پژوهش، موفق شدند از حرکات جهت‌دار ذرات در این حالت جدید کوانتومی تصویربرداری کنند. آن‌ها با توسعه یک الگوریتم پیشرفته، شاهد پدیده «تراجهش» (transmutation) یا دگرگونی دینامیکی ذرات اگزوتیک در لحظه بودند. این پدیده، یکی از مشخصه‌های مهم این حالت‌های کوانتومی بود که پیش‌ازاین تنها به صورت نظری پیش‌بینی شده بود و اکنون برای اولین بار به صورت عملی مشاهده شد.

«ملیسا ویل» (Melissa Will)، نویسنده اول این مقاله و دانشجوی دکترای فیزیک در دانشگاه فنی مونیخ، اظهار داشت: «نتایج ما نشان می‌دهد که پردازنده‌های کوانتومی فقط دستگاه‌های محاسباتی نیستند؛ آن‌ها پلتفرم‌های آزمایشی قدرتمندی برای کشف و بررسی حالت‌های کاملاً جدیدی از ماده هستند.»

این تحقیق دری را به روی عصر جدیدی از شبیه‌سازی کوانتومی باز می‌کند، جایی که کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند به مطالعه چشم‌انداز وسیع و عمدتاً ناشناخته ماده کوانتومی غیرتعادلی کمک شایانی کنند. یافته‌های این پژوهش مهم در نشریه معتبر نیچر منتشر شده است.