Μια διεθνής ομάδα επιστημόνων παρατήρησε μια πρωτοφανή και εξωτική φάση της ύλης, σε έναν κβαντικό επεξεργαστή, κάνοντας χρήση του chip Willow των 58 qubit της Google. Είναι το ίδιο chip που μα έχει δώσει ενδείξεις πως ζούμε σε ένα πολυσύμπαν.
Η ερευνητική ομάδα από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου (TUM) στη Γερμανία, σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο Prinston και την Google Quantum AI, πραγματοποίησαν για πρώτη φορά μια τοπολογικά διατεταγμένη κατάσταση Floquet.
Αυτή είναι μια θεωρητική κατάσταση της ύλης, που μέχρι σήμερα υπήρχε μόνο θεωρητικά, αλλά δεν είχαμε παρατηρήσει στην πραγματικότητα. Πρόκειται για κβαντική κατάσταση της ύλης, εκτός ισορροπίας, σε ένα σύστημα που καθοδηγείται από μια χρονικά περιοδική Χαμιλτονιανή, δηλαδή από τη δυναμική του φύση και την εξέλιξή του στο χρόνο. Λόγω των συνεχών μεταβολών στην κατάσταση της ύλης, δε μπορεί να εξηγηθεί με παραδοσιακές αρχές.
Αυτή η εξωτική φάση είχε προταθεί θεωρητικά εδώ και χρόνια, αλλά μέχρι τώρα δεν είχε παρατηρηθεί ποτέ άμεσα σε κανένα πείραμα. Σύμφωνα με το TUM, αυτό σηματοδοτεί ένα μεγάλο βήμα μπροστά στη μελέτη της κβαντικής ύλης.
Μια νέα φάση της ύλης
Οι φάσεις της ύλης είναι οι βασικές καταστάσεις που μπορεί να λάβει η ύλη, όπως ακριβώς μπορεί να εμφανιστεί το νερό σε υγρή ή παγωμένη φάση. Ορίζονται υπό συνθήκες ισορροπίας όπου το σύστημα είναι σταθερό με την πάροδο του χρόνου.
Όμως η φύση δεν ακολουθεί πάντα του συμβατικούς κανόνες. Υπάρχουν και φάσεις της ύλης που εμφανίζονται όταν ένα σύστημα είναι εκτός ισορροπίας. Η ομάδα έχει δείξει πως οι κβαντικοί υπολογιστές είναι οι πιο κατάλληλοι για να ανακαλύψουν και να μελετήσουν αυτές τις ασυνήθιστες και σπάνιες καταστάσεις.
Σε αντίθεση με τις συμβατικές φάσεις της ύλης, οι κβαντικές φάσεις εκτός ισορροπίας ορίζονται από τις δυναμικές και χρονικά εξελισσόμενες ιδιότητές τους. Προς το παρόν, η παραδοσιακή θερμοδυναμική ισορροπίας δεν καταφέρνει να αποτυπώσει αυτή τη συμπεριφορά.
Ένας αξιοσημείωτα πλούσιος τύπος κατάστασης εκτός ισορροπίας βρίσκεται στα συστήματα Floquet. Αυτά είναι κβαντικά συστήματα που κινούνται σε ένα κανονικό χρονικό μοτίβο. Αυτή η ρυθμική οδήγηση μπορεί να δημιουργήσει νέες μορφές τάξης που είναι αδύνατο να επιτευχθούν σε ισορροπία, αποκαλύπτοντας φαινόμενα πέρα από την εμβέλεια των συμβατικών φάσεων της ύλης.
Οι επιστήμονες χρησιμοποιώντας τον Willow, κατάφερε να απεικονίσει την συμπεριφορά της νέας φάσης και ανέπτυξε μάλιστα ένα συμβολομετρικό αλγόριθμό για να διερευνήσει την τοπολογική της δομή.
Αυτό επέτρεψε στους επιστήμονες να γίνουν μάρτυρες της δυναμικής «μεταστοιχείωσης» εξωτικών σωματιδίων, η οποία είχε θεωρητικά προβλεφθεί για αυτές τις εξωτικές κβαντικές καταστάσεις.
Ο Willow έχει γίνει ιδιαίτερα γνωστός τελευταία, για την απίστευτη υπολογιστική του ισχύ. Ταυτόχρονα, έχουν ξεκινήσει μελέτες και μια συζήτηση για το αν η απόδοσή του υποστηρίζεται έμμεσα από την θεωρία του πολυσύμαντος (multiverse).
Στείλε το όνομα σου στη Σελήνη με το Artemis II της NASA
Η ιδέα, που προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Αμερικανό φυσικό Hugh Everett το 1957, υποδηλώνει ότι το σύμπαν είναι απλώς ένα από τα πολλά σύμπαντα που μαζί σχηματίζουν ένα μεγαλύτερο, το οποίο περιέχει όλα όσα υπάρχουν, συμπεριλαμβανομένου του χώρου, του χρόνου, της ύλης, της ενέργειας και των δεδομένων.
Με τον Willow κατάφεραν να τρέξουν έναν υπολογισμό σε πέντε λεπτά, που στον ταχύτερο υπερυπολογιστή αυτή τη στιγμή θα χρειαζόταν 10 επτάκις εκατομμύριά χρόνια για να ολοκληρωθεί. Για αυτό και το πανίσχυρο chip δίνει ενδείξεις για την πιθανότητα ύπαρξης παράλληλων συμπάντων.
Η ομάδα πιστεύει πως τα ευρήματά της αντιπροσωπεύουν την αρχή ενός νέου κεφαλαίου στην κβαντική προσομοίωση. Με αυτό τον τρόπο μετατρέπουν τους κβαντικούς υπολογιστές σε εργαστήρια που μπορούν να εξερευνήσουν τον απέραντο και άγνωστο κόσμο της κβαντικής ύλης εκτός ισορροπίας. Οι γνώσεις που μπορούμε να πάρουμε αυτό θα μας προσφέρουν την καλύτερη κατανόηση της φυσικής και την ανάπτυξη νέων κβαντικών τεχνολογιών, που θα αλλάξουν τον κόσμο μας όπως τον γνωρίζουμε. Όπως ο ηλεκτρισμός άλλαξε τον κόσμο μας όπως τον γνωρίζουμε, έτσι και η κβαντική τεχνολογία μπορεί να γίνει το επόμενο μεγάλο άλμα στην ανάπτυξη της ανθρωπότητας.
«Οι εξαιρετικά μπερδεμένες φάσεις εκτός ισορροπίας είναι εξαιρετικά δύσκολο να προσομοιωθούν με κλασικούς υπολογιστές», εξήγησε η Melissa Will, διδακτορική φοιτήτρια στο τμήμα φυσικής της σχολής φυσικών επιστημών του TUM και πρώτη συγγραφέας της μελέτης.
«Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι οι κβαντικοί επεξεργαστές δεν είναι απλώς υπολογιστικές συσκευές – είναι ισχυρές πειραματικές πλατφόρμες για την ανακάλυψη και τη διερεύνηση εντελώς νέων καταστάσεων της ύλης», κατέληξε ο Will σε δελτίο τύπου .
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature.
Ακολουθήστε το Techmaniacs.gr στο Google News για να διαβάζετε πρώτοι όλα τα τεχνολογικά νέα. Ένας ακόμα τρόπος να μαθαίνετε τα πάντα πρώτοι είναι να προσθέσετε το Techmaniacs.gr στον RSS feeder σας χρησιμοποιώντας τον σύνδεσμο: https://techmaniacs.gr/feed/.
