Квантовий процесор відкрив нову екзотичну фазу матерії

Використовуючи 58-кубітний квантовий процесор, міжнародна команда фізиків уперше спостерігала нову екзотичну фазу речовини, яка існує лише поза станом рівноваги. Це відкриття демонструє, що квантові комп’ютери можуть бути не лише обчислювальними системами, а й експериментальними лабораторіями фундаментальної фізики.

Дослідження, проведене спільно Технічним університетом Мюнхена, Принстонським університетом і Google Quantum AI, показало, що періодичне «збурення» квантової системи може породжувати нерівноважні фази матерії, які не мають аналогів у класичній фізиці. Такі системи, відомі як системи Флоке, утворюють нові форми впорядкування, що з’являються лише під час безперервної зовнішньої стимуляції. «Високозаплутані нерівноважні фази надзвичайно складно моделювати класичними методами», — пояснює Мелісса Вілл, аспірантка ТУМ і перша авторка роботи. «Наш експеримент показав, що квантові процесори здатні не тільки обчислювати, а й відтворювати реальні фізичні системи».

Використовуючи точні мікрохвильові імпульси, дослідники реалізували топологічно впорядкований стан Флоке, теоретичний стан, який до цього часу існував лише у розрахунках. Вони безпосередньо спостерігали спрямований рух частинок уздовж країв системи — характерну ознаку топологічного порядку — та розробили інтерферометричний алгоритм, який дозволив виміряти структуру квантових зв’язків усередині цієї фази.

Під час експерименту команда зафіксувала явище, яке назвали «квантовою трансмутацією» частинок — зміну їхньої топологічної природи під впливом періодичного збурення. Це підтвердило, що отримана фаза є динамічно стабільною й унікальною для квантових систем, що виходять за межі рівноваги.

На думку авторів, ці результати відкривають шлях до нової ери квантового моделювання, у якій квантові процесори використовуватимуться для відкриття принципово нових станів речовини. Як підкреслює Вілл, «квантові комп’ютери стають інструментом, здатним досліджувати те, що раніше було недосяжним для експериментальної фізики». Отримані знання не лише розширюють межі нашого розуміння матерії, а й прокладають шлях до квантових технологій наступного покоління, заснованих на керуванні такими нерівноважними квантовими станами.