در پیشرفتی چشمگیر در حوزه فیزیک کوانتومی، یک پردازنده کوانتومی موفق به آشکارسازی فاز عجیب و پیش تر مشاهده نشده ای از ماده شده است.

به گزارش خبرآنلاین، این کشف که در همکاری میان دانشگاه فنی مونیخ (TUM)، دانشگاه پرینستون و تیم Google Quantum AI انجام گرفته، نشان می دهد که رایانه های کوانتومی می توانند نقشی فراتر از محاسبات داشته باشند و به آزمایشگاه هایی برای کشف ویژگی های بنیادین طبیعت بدل شوند.

فازهای ماده، شکل های اساسی هستند که مواد می توانند به خود بگیرند؛ مانند حالاتی که آب به صورت مایع یا یخ وجود دارد. در تعریف سنتی، دانشمندان این فازها را در حالت تعادل بررسی می کنند، یعنی زمانی که یک سیستم در گذر زمان پایدار باقی می ماند.

اما طبیعت تنها به تعادل محدود نیست و در شرایطی که سیستم از حالت تعادل خارج می شود، فازهای غیرمعمول و گذرا می توانند پدید آیند. در مطالعه ای تازه که در مجله ی Nature منتشر شده، پژوهشگران نشان داده اند که رایانه های کوانتومی بستری منحصربه فرد برای بررسی این اشکال عجیب از ماده فراهم می کنند.

برخلاف فازهای متعارف، فازهای کوانتومی خارج از تعادل با رفتار دینامیکی و وابسته به زمان شناخته می شوند؛ ویژگی هایی که با قوانین ترمودینامیک کلاسیک قابل توضیح نیستند. یکی از غنی ترین دسته های این فازها در سامانه های فلوکه (Floquet systems) شکل می گیرد؛ یعنی سامانه های کوانتومی که در معرض تحریک های دوره ای خارجی قرار می گیرند. این تحریک های منظم می توانند الگوهای جدیدی از نظم را پدید آورند که در حالت تعادل وجود ندارند و پدیده هایی را آشکار کنند که فراتر از محدوده ی فازهای معمول ماده اند.

در این پژوهش، تیم مشترک دانشگاه مونیخ، پرینستون و گوگل با استفاده از پردازنده ی ابررسانای 58 کیوبیتی، موفق به ایجاد فاز توپولوژیک فلوکه شدند؛ حالتی از ماده که سال ها تنها به صورت نظری پیش بینی شده بود و تاکنون هرگز به شکل تجربی مشاهده نشده بود.

پژوهشگران توانستند حرکات جهت دار در لبه های این فاز را به طور مستقیم مشاهده کنند و برای بررسی ویژگی های توپولوژیکی آن، الگوریتم تداخل سنجی (interferometric algorithm) جدیدی توسعه دادند. با استفاده از این ابزارها، آن ها شاهد تبدیل دینامیکی ذرات عجیب بودند؛ پدیده ای که به عنوان یکی از نشانه های کلیدی این فازهای غیرمعمول پیش بینی شده بود.

ملیسا ویل، دانشجوی دکترای فیزیک در دانشگاه فنی مونیخ و نویسنده ی اول مقاله می گوید: فازهای کوانتومی بسیار درهم تنیده و خارج از تعادل، به سختی با رایانه های کلاسیک قابل شبیه سازی هستند. نتایج ما نشان می دهد که پردازنده های کوانتومی تنها ابزارهای محاسباتی نیستند؛ آن ها پلتفرم های آزمایشگاهی قدرتمندی برای کشف و مطالعه ی حالت های کاملاً جدیدی از ماده اند.

این پژوهش دری را به روی عصر تازه ای از شبیه سازی کوانتومی می گشاید؛ عصری که در آن، رایانه های کوانتومی به عنوان آزمایشگاه هایی برای کاوش در قلمرو وسیع و ناشناخته ی ماده ی کوانتومی خارج از تعادل عمل می کنند. دستاوردهای حاصل از این مطالعات می تواند پیامدهای گسترده ای در درک فیزیک بنیادی و طراحی فناوری های نسل آینده ی کوانتومی داشته باشد.