Google с квантовым компьютером добился «невозможной» фазы вещества

Команда физиков из Технического университета Мюнхена (TUM), Принстонского университета и Google Quantum AI применила 58-кубитный сверхпроводящий квантовый процессор для создания и детального исследования топологически упорядоченного состояния Флокке. Эта экзотическая квантовая фаза, ранее существовавшая лишь в теоретических моделях, впервые получила экспериментальное подтверждение. Учёным удалось визуализировать направленное движение краевых частиц и реализовать инновационный интерферометрический алгоритм для анализа её топологических характеристик, что позволило зарегистрировать динамическую «трансмутацию» экзотических квазичастиц.

В отличие от традиционных фаз вещества, неравновесные квантовые фазы описываются не статическими термодинамическими величинами, а временно изменяющимися динамическими свойствами. Одним из наиболее интересных примеров таких состояний являются системы Флокке — квантовые объекты под периодическим внешним воздействием. Регулярное «встряхивание» таких систем порождает новые формы упорядоченности, недостижимые в состоянии термодинамического равновесия, открывая доступ к явлениям, не наблюдаемым в привычных фазах вещества.

Иллюстрация: Sora

«Высокая степень квантовой запутанности в неравновесных фазах делает их крайне сложными для классического моделирования, — отмечает первый автор статьи Мелисса Вилл, аспирантка физического факультета TUM. — Наши эксперименты демонстрируют, что квантовые процессоры способны выступать не только вычислительными машинами, но и универсальными платформами для открытия и изучения принципиально новых состояний материи».

Исследователи непосредственно наблюдали характерные направленные потоки на границе сформированного состояния и применили разработанный ими интерферометрический алгоритм для детального изучения его топологических свойств. Топология в данном контексте означает устойчивые характеристики системы, не исчезающие при её деформации, а интерферометрия позволяет измерять эти свойства через интерференцию квантовых волн.

Это исследование открывает новую эру квантового моделирования, в которой квантовые вычислительные устройства превращаются в полноценные лаборатории для изучения обширного и преимущественно неоценённого спектра неравновесных квантовых фаз. Полученные знания могут оказать глубокое влияние на фундаментальную физику и стать основой для создания квантовых технологий следующего поколения.

В перспективе данные результаты могут стать фундаментом для разработки новых материалов и устройств, функционирующих на принципах квантовой механики.

Источник: iXBT