یک تیمی بین‌المللی از دانشمندان با استفاده از تراشه هوش مصنوعی ۵۸ کیوبیتی Willow گوگل، که قبلا نشان می‌داد ما ممکن است در یک مولتی‌ورس زندگی کنیم، یک فاز عجیب و تاکنون مشاهده نشده از ماده را روی یک تراشه کوانتومی رویت کردند. تیم تحقیقاتی دانشگاه فنی مونیخ در آلمان، دانشگاه پرینستون نیوجرسی و گوگل کوانتوم AI، برای نخستین‌بار یک حالت توپولوژیکی منظم فلوکت را کشف کردند. برای آشنایی بیشتر با این دستاورد، با دیجینوی همراه باشید.
این حالت درواقع یک حالت کوانتومی غیرتعادلی از ماه در سیستم است که توسط همیلتونی تناوبی هدایت می‌شود. همیلتونی یک سیستم فیزیکی است که قوانین حاکم بر آن با گذشت زمان تغییر می‌کنند، اما با این تغییر با یک چرخه تکرارشونده و قابل پیش‌بینی ایجاد خواهد شد. این فاز عجیب سال‌ها به‌صورت نظری مطرح شده بود اما تاکنون هرگز به‌طور مستقیما در هیچ‌گونه آزمایشی مشاهده نشده بود. طبق اعلام دانشگاه فنی مونیخ، این یک گام بزرگ رو به جلو در مطالعه پژوهش ماده کوانتومی است.
فاز جدیدی از ماده
فازهای ماده حالات پایه هستند که ماده می‌تواند به خود بگیرد، مشابه حالتی که آب می‌تواند در فاز مایع یا یخ باشد. آن‌ها تحت شرایط تعادل تعریف می‌شوند که در آن سیستم در طول زمان پایدار است. با این وجود، طبیعت همیشه از قوانین مرسوم پیروی نمی‌کند. برخی از فازهای ماده تنها زمانی پدیدار می‌شوند که سیستم‌ها از حالت تعادل خارج شوند. تیم اشاره شده اکنون ثابت کرده است که کامپیوترهای کوانتومی به‌طور خاص برای کشف و مطالعه این حالت‌های غیرمعمول مناسب هستند.
برخلاف فازهای مرسوم ماده، فازهای کوانتومی غیرتعادلی با ویژگی‌های دینامیکی و تکامل زمانی خود تعریف می‌شوند. در حال حاضر، ترمودینامیک تعادلی رایج نمی‌تواند این رفتار را توصیف کند. یک نوع بسیار غنی از حالت غیرتعادلی در سیستم‌های فلوکت یافت می‌شود. این‌ها سیستم‌های کوانتومی هستند که در یک الگوی زمانی منظم هدایت می‌شوند. این هدایت منظم می‌تواند اشکال جدیدی از نظم را به‌وجود آورد که دستیابی به آن‌ها در حالت تعادل غیرممکن است و پدیده‌هایی را آشکار می‌کند که فراتر از دسترس فازهای مرسوم ماده هستند.
اکنون با استفاده از پردازنده کوانتومی ۵۸ پیوبیتی Willow گوگل، تیم دانشمندان فاز جدید را تصویربرداری کرده و یک الگوریتم تداخل‌سنجی برای بررسی ساختار توپولوژیکی آن توسعه داده‌اند. این کار به دانشمندان اجازه داد تا شاهد تبدیل پویای ذرات عجیب باشند که از نظر تئوری برای این حالت‌های کوانتومی غیرمعمول پیش‌بینی شده بود.
کیوبیت‌هایی که به عنوان فضای آزمایشگاهی استفاده شدند
تراشه Willow قبلا به دلیل قدرت محاسبانی فوق‌العاده خود خبرساز شده بود. این تراشه همچنین بحثی را درباره اینکه آیا عملکرد آن از نظریه مولتی‌ورس پشتیبانی می‌کند یا خیر، میان دانشمندان ایجاد کرده بود. این مفهوم که برای اولین‌بار توسط فیزیک‌دان آمریکایی، هیو اورت در سال ۱۹۵۷ مطرح شد، نشان می‌دهد که دنیا تنها یکی از جهان‌های بسیاری محسوب می‌شود که در کنار یکدیگر جهان بزرگ‌تر را تشکیل می‌دهند که شامل هرآنچه که وجود دارد مانند فضا، زمان، ماده، انرژی و داده‌ها است.
با انجام محاسبه‌ای در کمتر از پنج دقیقه که احتمالا برای یکی از سریع‌ترین ابرکامپیوترهای امروزی ۱۰ سپتیلیون سال طول می‌کشد، سال گذشته، تراشه قدرتمند هوش مصنوعی گوگل به احتمال واقعی بودن جهان‌های موازی اشاره کرد. تیم دانشمندان اشاره شده معتقدند که این یافته‌ها با تبدیل کامپیوترهای کوانتومی به آزمایشگاه‌هایی برای کاوش در دنیای گسترده و ناشناخته ماده کوانتومی خارج از تعادل، آغازگر فصلی جدید در شبیه‌سازی کوانتومی است. این بینش‌ها می‌تواند به درک بهتر فیزیک و توسعه فناوری‌های کوانتومی در آینده کمک کند.
ملیسا ویل، دانشجو مقطع دکترا در دانشکده فیزیک دانشکده علوم طبیعی مونیخ آلمان و نویسنده اول این پژوهش، می‌گوی که شبیه‌سازی فازهای غیرتعادلی بسیار درهم تنیده با کامپیوترهای قدیمی بسیار دشوار است. او در یک بیانیه مطبوعاتی گفت: “نتایج ما نشان می‌دهند پردازنده‌های کوانتومی تنها دستگاه‌های محاسباتی نیستند، بلکه آن‌ها پلتفرم‌های آزمایشی قدرتمندی برای کشف و بررسی حالات کاملا جدید ماده محسوب می‌شوند.”
منبع: InterestingEngineering
