Kvanttiprosessorilla toteutettu aineen eksoottinen faasi

Toisin kuin aineen perinteiset faasit, niin kutsutut epätasapainoiset kvanttifaasit määritellään niiden dynaamisten ja ajassa kehittyvien ominaisuuksien perusteella – käyttäytymistä, jota perinteinen tasapainotermodynamiikka ei pysty kuvaamaan.

Yksi erityisen rikas epätasapainotilojen luokka syntyy Floquet-järjestelmissä – kvanttijärjestelmissä, joita ohjataan jaksoittain ajassa. Tämä rytminen ohjaus voi synnyttää täysin uusia järjestyksen muotoja, jotka eivät voi esiintyä missään tasapaino-olosuhteissa, paljastaen ilmiöitä, jotka ovat perustavanlaatuisesti aineen perinteisten faasien ulottumattomissa.

Münchenin teknillisen yliopiston (TUM), Princetonin yliopiston ja Google Quantum AI:n tiimi toteutti 58 suprajohtavan kubitin kvanttiprosessorin avulla Floquet'n topologisesti järjestyneen tilan, faasin, joka oli teoreettisesti ehdotettu, mutta jota ei ollut koskaan aiemmin havaittu.

He kuvasivat suoraan reunan ominaispiirteet ja kehittivät uuden interferometrisen algoritmin järjestelmän taustalla olevien topologisten ominaisuuksien tutkimiseksi. Tämä mahdollisti heille eksoottisten hiukkasten dynaamisen "transmutaation" havaitsemisen – tunnusmerkin, joka on teoreettisesti ennustettu näille eksoottisille kvanttitiloille.

Tässä työssä kvanttitietokone toimi tavallaan laboratoriona.

”Voimakkaasti kietoutuneita epätasapainossa olevia faaseja on tunnetusti vaikea simuloida klassisilla tietokoneilla”, sanoo tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja tohtoriopiskelija Melissa Will. ”Tuloksemme osoittavat, että kvanttiprosessorit eivät ole vain laskennallisia laitteita – ne ovat tehokkaita kokeellisia alustoja täysin uusien aineen olomuotojen löytämiseen ja tutkimiseen.”

Tämä työ avaa oven uudelle kvanttisimulaation aikakaudelle, jossa kvanttitietokoneista tulee laboratorioita, joissa tutkitaan laajaa ja suurelta osin tutkimatonta epätasapainossa olevan kvanttiaineen maisemaa. Näistä tutkimuksista saaduilla tiedoilla voi olla kauaskantoisia vaikutuksia perusfysiikan ymmärtämisestä seuraavan sukupolven kvanttiteknologioiden suunnitteluun.

Aiheesta aiemmin:

Grafeenin potentiaali aivan uudelle tasolle

Kurkistetaan transistorin sisälle