Na kvantovém procesoru byla realizována exotická fáze hmoty.
Hmota může existovat v různých formách nebo fázích, jako je kapalná voda nebo pevný led. Tyto fáze jsou obvykle chápány za rovnovážných podmínek, kde všechno zůstává v průběhu času stabilní. Příroda však také umožňuje mnoho cizím možnostem: fáze, které se objevují pouze tehdy, když je systém vytlačen z rovnováhy. Nová studie zveřejněná v Příroda ukazuje, že kvantové počítače poskytují výkonný nový nástroj pro zkoumání těchto neobvyklých stavů hmoty.
Na rozdíl od běžných fází jsou nerovnovážné kvantové fáze definovány tím, jak se v průběhu času mění a vyvíjejí, což je typ chování, které nelze vysvětlit standardní rovnovážnou termodynamikou. Obzvláště zajímavý příklad vzniká v systémech Floquet (kvantové systémy, které jsou poháněny pravidelnými, opakujícími se cykly). Tato periodická řízení může produkovat zcela nové typy pořadí, které neexistují za rovnovážných podmínek, a odhalit jevy daleko za hranice toho, co umožňují konvenční fáze hmoty.
Použití 58 supravodivého kvantového procesoru Qubit, tým z technické univerzity v Mnichově (Tum), Princetonova univerzitaA Google Quantum AI si uvědomil topologicky uspořádaný stav Floquet, fáze, která byla teoreticky navržena, ale nikdy předtím nebyla pozorována. Přímo zobrazovali charakteristické řízené pohyby na okraj a vyvinuli nový interferometrický algoritmus, aby sondovali základní topologické vlastnosti systému. To jim umožnilo být svědkem dynamické „transmutace“ exotických částic – charakteristickým znakem, který byl pro tyto exotické kvantové stavy teoreticky předpovídán.
Kvantový počítač jako laboratoř
„Vysoce zamotané nerovnovážné fáze jsou notoricky těžké simulovat s klasickými počítači,“ uvedla první autorka Melissa Will, studentka PhD na ministerstvu fyziky School of Natural Sciences. „Naše výsledky ukazují, že kvantové procesory nejsou jen výpočetními zařízeními – jsou to výkonná experimentální platformy pro objevování a zkoumání zcela nových stavů hmoty.“
Tato práce otevírá dveře do nové éry kvantové simulace, kde se kvantové počítače stávají laboratořemi pro studium obrovské a do značné míry neprozkoumané krajiny mimo rovnovážné kvantové hmoty. Poznatky získané z těchto studií by mohly mít dalekosáhlé důsledky, od pochopení základní fyziky po navrhování kvantových technologií nové generace.
Reference: „Sondování nerovnovážného topologického pořadí na kvantovém procesoru“ od M. Will, Ta Cochran, E. Rosenberg, B. Jobst, NM EASSA, P. Roushan, M. Knap, A. Gammon-Smith a F. Poltmann, 10. září 2025. Příroda.
Dva: 10.1038/S41586-025-09456-3
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
