Учени направиха поредната голяма крачка към изграждането на стабилни квантови компютри. С помощта на специализиран квантов чип – ключов компонент на квантовите системи – като миниатюрна лаборатория, екип, ръководен от Пан Дзианвей от Университета за наука и технологии на Китай, е създал и изследвал рядък и сложен вид материя, известен като висш порядък неравновесни топологични фази.

Тази цифрова материя (неконвенционален физически материал) е уникална със своята изключителна стабилност, като ключовите ѝ свойства се проявяват само в ъглите на структурата. Но тази стабилност се запазва единствено когато материалът е подлаган непрекъснато на серия енергийни импулси.

Проучването е значимо, защото показва, че квантовите компютри могат да служат като надеждни симулатори за откриване и тестване на нови стабилни форми на материята. Такива устойчиви „ъглови“ поведения са именно онези защитени, устойчиви на грешки свойства, които са необходими за създаването на надежден квантов хардуер - те са ключови за бъдещи квантови машини, които не се повреждат или поне работят със силно намален риск от грешки.

Екзотичен материал

В статия, публикувана в списание Science, изследователите описват как са използвали свръхпроводящия квантов процесор Zuchongzhi 2.0 (китайски квантов компютър), за да конструират екзотичен неравновесен топологичен материал и да тестват неговите защитни характеристики.

Терминът топологичен означава, че стабилността на материала е гарантирана от неговата обща структура, а не от крехките локални детайли. Докато предишни изследвания са се фокусирали върху материали, чиито стабилни свойства се намират по ръбовете, китайският екип се стреми да създаде фаза от по-висок порядък, при която стабилността е ограничена само в ъглите.

Това прави квантовите състояния още по-устойчиви на смущения. Вместо да изследват материя в покой (в установено състояние), учените се съсредоточават върху неравновесни ъглови състояния, които непрекъснато еволюират или се задвижват от външни сили.

Програмиране на квантов чип за създаване на екзотичното състояние

За да „създадат“ този необичаен материал, изследователите програмират квантовия чип чрез мрежа от квантови битове (qubits), която симулира структурата на материала. След това изпълняват сложна серия от инструкции над 50 пъти, за да генерират енергийния импулс (външната сила), който привежда материята в това екзотично състояние.

Тъй като традиционните инструменти не могат да измерват квантова материя, която е в непрекъснато движение, учените разработват нова техника, позволяваща проследяване на това как се променят свойствата на всеки кубит във времето. Анализирайки динамичните данни, те доказват стабилността на материала и създават карта, която точно показва къде се намират свръхстабилните ъгли.

Това потвърждава съществуването на предсказаните ъглови стабилни режими, както и на екзотичните ъглови състояния, които се появяват единствено когато материалът е подложен на импулси.

Начало на нов етап в квантовите симулации

Успешната демонстрация е само първата стъпка. Според учените използването на квантови компютри като симулатори може да доведе до откриването на нови форми на квантова материя.

„Нашата работа може да позволи използването на програмируеми квантови процесори за изследване на екзотични неравновесни топологични фази от по-висок порядък“, заявяват авторите.

Източник: Phys.org