توسط :
کشفی جدید و شگفتانگیز در دنیای علم: دانشمندان از رایانه کوانتومی برای مشاهده فازی بیسابقه از ماده استفاده کردهاند. این دستاورد درهای جدیدی به سوی کشفیات فراتر از مرزهای فیزیک سنتی باز میکند.
ماده میتواند در اشکال و فازهای مختلفی وجود داشته باشد، مانند آب مایع یا یخ جامد. این فازها معمولاً در شرایط تعادلی که در آن همه چیز در طول زمان ثابت میماند، درک میشوند. اما طبیعت امکانهای عجیبتری را نیز فراهم میکند: فازهایی که تنها زمانی ظاهر میشوند که سیستم از تعادل خارج شود.
مطالعهای جدید که در Nature منتشر شده است نشان میدهد که رایانههای کوانتومی ابزار قدرتمندی برای بررسی این حالات غیرمعمول از ماده هستند. برخلاف فازهای معمولی، فازهای کوانتومی غیرتعادلی با تغییر و تحول آنها در طول زمان تعریف میشوند که رفتاری است که با ترمودینامیک تعادلی استاندارد قابل توضیح نیست.
یک مثال بسیار جذاب در سیستمهای Floquet (سیستمهای کوانتومی که در چرخههای تکرار شونده و منظم تحریک میشوند) پدیدار میشود. این تحریک دورهای میتواند منجر به ظهور نظمهای جدیدی شود که در شرایط تعادلی وجود ندارند و پدیدههایی را کشف کند که فراتر از آن چیزی است که فازهای معمولی ماده اجازه میدهند.
تیمی از دانشگاه تکنیکی مونیخ، دانشگاه پرینستون و گوگل کوانتوم ای.آی با استفاده از یک پردازنده کوانتومی ۵۸ کیوبیتی موفق به تحقق وضعیت Floquet با نظم تاپولوژی شدند، فازی که نظریه آن قبلاً ارائه شده بود اما هرگز مشاهده نشده بود. آنها به صورت مستقیم حرکات خاص آن را در لبهها تصویر کردند و الگوریتم تداخلسنجی جدیدی را برای بررسی ویژگیهای تاپولوژیکی زیرین سیستم توسعه دادند.
این کار آنها را قادر ساخت که “تغییر شکل” دینامیکی ذرات عجیب – ویژگی که بهصورت نظری برای این حالات کوانتومی عجیب پیشبینی شده بود – را مشاهده کنند. اولین نویسنده، ملیسا ویل، دانشجوی دکتری در دپارتمان فیزیک دانشگاه تکنیکی مونیخ، بیان کرد که “فازهای غیرتعادلی به شدت در هم تنیده شده با رایانههای کلاسیک شبیهسازی نمیشوند و نتایج ما نشان میدهد که پردازندههای کوانتومی تنها دستگاههای محاسباتی نیستند – بلکه پلتفرمهای تجربی قدرتمندی برای کشف و بررسی حالتهای جدیدی از ماده هستند.”
این کار راه را برای دوره جدیدی از شبیهسازی کوانتومی باز میکند، جایی که رایانههای کوانتومی به عنوان آزمایشگاههایی برای مطالعه دنیای وسیع و بیشتر ناشناخته از ماده کوانتومی خارج از تعادل عمل میکنند. بینشهای به دست آمده از این مطالعات میتواند تاثیرات فراوانی، از درک فیزیک بنیادی تا طراحی نسل آینده تکنولوژیهای کوانتومی، داشته باشد.
نتیجهگیری
نتایج این مطالعه نشان میدهد که رایانه کوانتومی نهتنها به عنوان ابزار محاسباتی، بلکه به عنوان آزمایشگاههای تجربی قدرتمند برای کشف حالات جدیدی از ماده عمل میکند و به فهم فیزیک بنیادی و توسعه تکنولوژیهای آینده کمک شایانی میکند.
پرسشهای متداول
رایانه کوانتومی ابزار قدرتمندی برای بررسی فازهای غیرتعادلی ماده است که در سیستمهای کلاسیکی به سختی قابل شبیهسازی هستند.
رایانه کوانتومی به عنوان پلتفرمی برای مطالعه و تحلیل فازهای جدید و پیچیده ماده عمل میکند که به درک عمیقتر فیزیک بنیادی و توسعه تکنولوژیهای جدید کمک میکند.
این کشف درک ما از فیزیک مواد را تغییر میدهد و بینشهایی برای طراحی تکنولوژیهای پیشرفته ارائه میدهد.
