بررسی فازی جدید از ماده به کمک پردازنده کوانتومی ابررسانای گوگل
عنوان خبر: بررسی فازی جدید از ماده به کمک پردازنده کوانتومی ابررسانای گوگل
ژانر/موضوع: محاسبات کوانتومی، کیوبیت ابررسانا
تاریخ انتشار خبر: 11 سپتامبر 2025
لینک خبر: The Quantum Insider
چکیده:
پژوهشگران با استفاده از پردازندهٔ کوانتومی Sycamore#گوگل توانستند یک فاز نو و شگفتانگیز از ماده به نام نظم توپولوژیک فلوکه ( Floquet topological order) را مشاهده کنند. بر خلاف فازهای معمول مانند جامدات یا آهنرباها، این نظم تنها زمانی وجود دارد که یک سیسنم با پالسهای متناوب از حالت تعادل خارج شود. تیم پژوهشی یک مدل Floquet Kitaev را روی آرایهای از کیوبیتها پیادهسازی کرد و نشانههای کلیدی آن نظیر مُدهای لبهای کایرال وآنیونها را آشکار ساخت. برای آشکارسازی این پدیدهها، پژوهشگران آزمایشهای تداخلی ویژه و اندازهگیری ثابتهای توپولوژیکی را طراحی کردند. این آزمایش تا ۵۸ کیوبیت گسترش یافت، مقیاسی که شبیهسازی کلاسیک دیگر امکانپذیر نیست. این کار نشان میدهد پردازندههای کوانتومی امروزی میتوانند فازهای بهشدت درهمتنیده را کاوش کرده و فیزیک مرتبط با تصحیح خطای کوانتومی آینده را روشن سازند.
شرح کامل خبر:
در یک مطالعهٔ برجسته که در نشریه Nature منتشر شده است، تیمی بینالمللی از پژوهشگران با استفاده از پردازندهٔ کوانتومی ابررسانای Sycamore گوگل موفق به ایجاد و بررسی فازی نوین از ماده با نام نظم توپولوژیک فلوکه (Floquet topological order) شدند.
برخلاف فازهای تعادلی مانند جامدات یا آهنرباها، این نظم تنها تحت تحریکهای متناوب پدیدار میشود و پدیدهای منحصراً غیرتعادلی است که بر اساس ترمودینامیک تعادلی ممنوع بهشمار میرود. مطالعهٔ چنین فازهایی با رایانههای کلاسیک به دلیل میزان بالای درهمتنیدگی بسیار دشوار است، اما پردازندههای کوانتومی بستری طبیعی برای پیادهسازی مستقیم و مشاهدهٔ دینامیک آنها فراهم میکنند.
پژوهشگران یک مدل Floquet Kitaev را روی شبکهای دوبعدی از کیوبیتهای ابررسانا ساخته و نشانههای شاخص این نظم عجیب را مشاهده کردند. این نشانهها شامل مدهای لبهای کایرال (chiral edge modes)، کانالهای یکسویه و محافظتشده امتداد مرزهای سیستم، و برانگیختگیهای انیونی بود؛ شبهذراتی که در طول تکامل سیستم بهطور پیوسته هویت خود را تغییر میدهند.
برای آشکارسازی این ویژگیهای ظریف، تیم پروتکلهای اندازهگیری جدیدی توسعه داد. یک الگوریتم تداخلی با بهرهگیری از یک کیوبیت کمکی امکان اندازهگیری یک ثابت توپولوژیک حجمی (bulk topological invariant)—نشانگر ریاضی نظم—را از طریق رهگیری فاز انباشتهشده طی تبادل انیونها فراهم کرد. نوسانهای حاصل، رفتاری شبیه به بلور زمانی را آشکار ساختند، جایی که الگوها با نظمی متفاوت از تحریک بیرونی تکرار میشوند. همچنین روشی برای نگاشت طیف انرژی مدهای لبهای با کوپل کردن کیوبیتهای کمکی طراحی شد که دینامیک کایرال پیشبینیشده را تأیید کرد.
نکتهٔ مهم این بود که آزمایشها تا ۵۸ کیوبیت مقیاس یافت، سطحی که در آن شبیهسازی کلاسیک عملاً غیرممکن میشود زیرا روشهای شبکه-تانسوری و حالتهای ضرب ماتریسی به دلیل رشد فوق چندجملهای در نیازهای حافظه شکست میخورند. برای مقابله با خطاها، تکنیکهایی چون کامپایل تصادفی (randomized compiling)، جداسازی دینامیکی (dynamical decoupling) و پسگزینی (post-selection) بهکار گرفته شد که به سیستم امکان داد با وجود نویز و نواقص در گیتها، به اندازهٔ کافی همدوس باقی بماند تا فیزیک مورد نظر ثبت شود.
این مطالعه بیش از آنکه گامی بهسوی کاربردهای فوری باشد، یک نمایش بنیادی فیزیک است و نقش سختافزار کوانتومی پرنویز امروزی را بهعنوان یک بستر اکتشافی پررنگ میسازد. نشان دادن اینکه پردازندههای ابررسانا میتوانند به نظم توپولوژیک غیرتعادلی دست یابند و رفتار انیونی را بررسی کنند، پیوندها با رایانش کوانتومی توپولوژیک را تقویت میکند؛ جایی که اطلاعات در حالتهای درهمتنیدهٔ سراسری ذخیره میشود و در برابر نویز محلی مقاوم است. هرچند حالتهای مشاهدهشده گذرا بوده و هنوز کیوبیتهای مقاوم در برابر خطا نیستند، این روشها مسیرهایی تازه برای ترسیم چشمانداز ناشناختهٔ فازهای دینامیکی کوانتومی و توسعهٔ پارامترهای نظم نوین متناسب با سامانههای تحریکشده میگشایند.
منابع:
[1] https://thequantuminsider.com/2025/09/11/scientists-use-googles-quantum-processor-to-probe-exotic-phases-of-matter-beyond-classical-reach/
[2] https://www.nature.com/articles/s41586-025-09456-3
دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.
