تراشه کوانتومی گوگل نظریه جهان‌های موازی را تقویت کرد

در یک پژوهش جدید که با همکاری دانشگاه فنی مونیخ (TUM) در آلمان، دانشگاه پرینستون در ایالات متحده و گروه Google Quantum AI انجام شد، نظریه جهان‌های موازی توسط تراشه کوانتومی گوگل تقویت شد.

به گزارش تک‌ناک، این تیم بین‌المللی موفق شد با استفاده از تراشه کوانتومی ۵۸ کیوبیتی Willow که توسط Google Quantum AI توسعه یافته است، یک فاز کاملاً جدید و ناشناخته از ماده را مشاهده کند. این تراشه پیش‌تر به دلیل قدرت محاسباتی خارق‌العاده و حتی ارتباط احتمالی با نظریه جهان‌های موازی خبرساز شده بود، اما اکنون بار دیگر توجه جامعه علمی را به خود جلب کرده است.

این پژوهش برای نخستین بار حالت کوانتومی موسوم به Floquet topologically ordered state را محقق کرد. این حالت نوعی وضعیت کوانتومی غیرتعادلی از ماده است که در سیستمی تحت تأثیر هامیلتونی دوره‌ای در زمان شکل می‌گیرد؛ سیستمی که قوانین آن به‌ طور متناوب تغییر می‌کنند، اما در چرخه‌ای قابل پیش‌بینی تکرار می‌شوند.

این فاز عجیب سال‌ها در نظریه‌های علمی مطرح بود، اما هیچ‌گاه تا پیش از این در آزمایش‌های واقعی مشاهده نشده بود. به گفته دانشگاه فنی مونیخ، این دستاورد گام بزرگی در مطالعه ماده کوانتومی به حساب می‌آید. فازهای ماده همان حالت‌های بنیادی هستند که ماده می‌تواند به خود بگیرد؛ مانند آب که می‌تواند در حالت مایع یا جامد وجود داشته باشد. این فازها اغلب در شرایط تعادل پایدار تعریف می‌شوند، اما برخی فازها فقط زمانی پدیدار می‌شوند که سیستم از حالت تعادل خارج شود. پژوهشگران اکنون نشان داده‌اند که کامپیوترهای کوانتومی، ابزار منحصربه‌فردی برای کشف و بررسی چنین حالت‌های غیرمعمول هستند.

برخلاف فازهای تعادلی، فازهای کوانتومی غیرتعادلی با ویژگی‌های دینامیکی و تحول زمانی تعریف می‌شوند؛ ویژگی‌هایی که ترمودینامیک کلاسیک قادر به توضیح آنها نیست. یکی از نمونه‌های برجسته این حالت‌ها در سیستم‌های Floquet دیده می‌شود؛ جایی که سیستم‌های کوانتومی با یک الگوی زمانی منظم تحریک می‌شوند و می‌توانند نظم‌هایی ایجاد کنند که در شرایط عادی دست‌یافتنی نیستند. تیم پژوهشی با استفاده از تراشه کوانتومی Willow گوگل موفق شد رفتار این فاز جدید را شناسایی و با توسعه یک الگوریتم تداخلی، ساختار توپولوژیکی آن را بررسی کند. این روش امکان مشاهده دگرگونی دینامیکی ذرات عجیب را فراهم آورد، که پیش‌تر در نظریه‌ها پیش‌بینی شده بود.

تراشه کوانتومی گوگل پیش‌تر نیز با انجام محاسبه‌ای در کمتر از پنج دقیقه توجه جهانیان را به خود جلب کرده بود، که برای سریع‌ترین ابررایانه‌های فعلی به حدود ۱۰ سپتیلیون سال زمان نیاز داشت. همین دستاورد باعث شد که برخی دانشمندان آن را نشانه‌ای از احتمال وجود جهان‌های موازی بدانند؛ نظریه‌ای که نخستین بار در سال ۱۹۵۷ توسط فیزیکدان آمریکایی Hugh Everett مطرح شد.

به باور دانشمندان، نتایج اخیر سرآغاز فصل تازه‌ای در شبیه‌سازی کوانتومی است و می‌تواند کامپیوترهای کوانتومی را به آزمایشگاه‌هایی برای کشف دنیای ناشناخته ماده غیرتعادلی تبدیل کند. این یافته‌ها نه‌تنها درک ما از قوانین فیزیک را گسترش می‌دهد، بلکه می‌تواند مسیر توسعه فناوری‌های آینده کوانتومی را هموار کند.

ملیسا ویل، دانشجوی دکتری فیزیک در دانشکده علوم طبیعی دانشگاه فنی مونیخ و نویسنده اصلی این پژوهش در بیانیه‌ای گفت: «فازهای کوانتومی غیرتعادلی با درهم‌تنیدگی بالا برای شبیه‌سازی با کامپیوترهای کلاسیک بسیار دشوار هستند. نتایج ما نشان می‌دهد که پردازنده‌های کوانتومی فقط ابزار محاسباتی نیستند، بلکه سکوی آزمایشی قدرتمندی برای کشف و بررسی حالت‌های کاملاً جدید ماده محسوب می‌شوند.»

این مطالعه در نشریه علمی Nature منتشر شده است.