۱۱ سپتامبر ۲۰۲۵، عکس از نویسنده: جورجینا جدیکوفسکا-تراشه هوش مصنوعی کوانتومی «ویلو» توسط هوش مصنوعی کوانتومی گوگل.
یک تیم بین‌المللی از دانشمندان با استفاده از تراشه هوش مصنوعی ۵۸ کیوبیتی Willow گوگل، که قبلاً پیشنهاد می‌کرد ما ممکن است در یک چندجهانی زندگی کنیم، یک فاز عجیب و غریب ماده را که قبلاً دیده نشده بود، روی یک پردازنده کوانتومی مشاهده کرده‌اند.
تیم تحقیقاتی دانشگاه فنی مونیخ (TUM) در آلمان، دانشگاه پرینستون نیوجرسی و هوش مصنوعی کوانتومی گوگل، برای اولین بار یک حالت توپولوژیکی منظم Floquet را محقق کردند.
این حالت، یک حالت کوانتومی غیرتعادلی از ماده در سیستمی است که توسط یک هامیلتونی تناوبی زمانی هدایت می‌شود، که یک سیستم فیزیکی است که قوانین حاکم بر آن با گذشت زمان تغییر می‌کند، اما با یک چرخه تکرارشونده و قابل پیش‌بینی.
این فاز عجیب و غریب سال‌ها به صورت نظری پیشنهاد شده بود، اما تاکنون هرگز به طور مستقیم در هیچ آزمایشی مشاهده نشده بود. به گفته TUM، این یک گام بزرگ رو به جلو در مطالعه ماده کوانتومی است.
فازهای ماده، حالت‌های اساسی هستند که ماده می‌تواند به خود بگیرد، مشابه نحوه وقوع آب در فاز مایع یا یخ. آنها در شرایط تعادل تعریف می‌شوند که در آن سیستم در طول زمان پایدار است.
با این حال، طبیعت همیشه از قوانین مرسوم پیروی نمی‌کند. برخی از فازهای ماده تنها زمانی ظاهر می‌شوند که سیستم‌ها از تعادل خارج شوند. این تیم اکنون ثابت کرده است که رایانه‌های کوانتومی به طور منحصر به فردی برای کشف و مطالعه این حالت‌های غیرمعمول مناسب هستند.
برخلاف فازهای مرسوم ماده، فازهای کوانتومی غیرتعادلی با خواص دینامیکی و تکامل زمانی خود تعریف می‌شوند. در حال حاضر، ترمودینامیک تعادلی سنتی در ثبت این رفتار شکست خورده است.
یک نوع بسیار غنی از حالت غیرتعادلی در سیستم‌های Floquet یافت می‌شود. این‌ها سیستم‌های کوانتومی هستند که در یک الگوی زمانی منظم هدایت می‌شوند. این هدایت ریتمیک می‌تواند اشکال جدیدی از نظم را ایجاد کند که دستیابی به آنها در حالت تعادل غیرممکن است و پدیده‌هایی را فراتر از دسترس فازهای متعارف ماده آشکار می‌کند.
اما اکنون، با استفاده از Willow، پردازنده کوانتومی ۵۸ کیوبیتی گوگل، این تیم رفتار فاز جدید را تصویربرداری کرده و یک الگوریتم تداخل‌سنجی برای بررسی ساختار توپولوژیکی آن توسعه داده است.
این امر به دانشمندان اجازه داد تا شاهد «تبدیل» دینامیکی ذرات عجیب و غریب باشند، که از نظر تئوری برای این حالت‌های کوانتومی عجیب و غریب پیش‌بینی شده بود.
Willow پیش از این به دلیل قدرت محاسباتی شگفت‌انگیز خود تیتر خبرها شده بود. همچنین بحثی را در مورد اینکه آیا عملکرد آن به طور غیرمستقیم از نظریه چندجهانی پشتیبانی می‌کند یا خیر، برانگیخت.این مفهوم که اولین بار توسط فیزیکدان آمریکایی، هیو اورت، در سال ۱۹۵۷ مطرح شد، نشان می‌دهد که جهان تنها یکی از جهان‌های بسیاری است که با هم یک جهان بزرگتر را تشکیل می‌دهند که شامل همه چیزهایی است که وجود دارد، از جمله فضا، زمان، ماده، انرژی و داده‌ها.
این تراشه قدرتمند هوش مصنوعی، با انجام محاسبه‌ای در کمتر از پنج دقیقه که احتمالاً برای یکی از سریع‌ترین ابررایانه‌های امروزی ۱۰ سپتیلیون سال طول می‌کشد، درست سال گذشته، به احتمال وجود جهان‌های موازی اشاره کرد.
این تیم معتقد است که این یافته‌ها، با تبدیل رایانه‌های کوانتومی به آزمایشگاه‌هایی برای کاوش در دنیای وسیع و ناشناخته ماده کوانتومی خارج از تعادل، آغازگر فصل جدیدی در شبیه‌سازی کوانتومی است. این بینش‌ها می‌تواند به درک بهتر فیزیک و توسعه فناوری‌های کوانتومی آینده کمک کند.
ملیسا ویل، دانشجوی دکترا در بخش فیزیک دانشکده علوم طبیعی TUM و نویسنده اول این مطالعه، توضیح داد: «شبیه‌سازی فازهای غیرتعادلی بسیار درهم‌تنیده با رایانه‌های کلاسیک بسیار دشوار است.»
ویل در یک بیانیه مطبوعاتی نتیجه‌گیری کرد: «نتایج ما نشان می‌دهد که پردازنده‌های کوانتومی فقط دستگاه‌های محاسباتی نیستند – آنها پلتفرم‌های تجربی قدرتمندی برای کشف و بررسی حالت‌های کاملاً جدید ماده هستند.»
این مطالعه در مجله Nature منتشر شده است.
