共计 919 个字符，预计需要花费 3 分钟才能阅读完成。
科学家们利用量子计算机观测到了一种前所未见的物质相态，这一发现为超越传统物理学界限的研究开辟了新路径。图片来源：Stock
物质可以以不同的形式或相态存在，例如液态水或固态冰。这些相态通常在平衡条件下被理解，即一切随时间保持稳定。然而，自然界也允许更为奇特的可能性：仅在系统被推离平衡时出现的相态。发表在《自然》杂志上的一项新研究表明，量子计算机为研究这些不寻常的物质状态提供了强大的新工具。
与普通相态不同，非平衡量子相态由它们如何随时间变化和演化来定义，这种行为无法用标准的平衡热力学来解释。一个特别有趣的例子出现在 Floquet 系统中（以规则、重复周期驱动的量子系统）。这种周期性驱动可以产生在平衡条件下不存在的新类型秩序，揭示出远超传统物质相态允许的现象。
慕尼黑工业大学（TUM）、普林斯顿大学和谷歌量子 AI 的团队使用一台 58 个超导量子比特的量子处理器，实现了一种 Floquet 拓扑有序态，这是一种理论上提出但从未被观测到的相态。他们直接成像了边缘的特征定向运动，并开发了一种新颖的干涉算法来探测系统的底层拓扑特性。这使他们能够见证奇异粒子的动态“嬗变”——这是这些奇异量子态在理论上预测的标志性特征。
“高度纠缠的非平衡相态在经典计算机上模拟极其困难，”第一作者、慕尼黑工业大学自然科学学院物理系博士生 Melissa Will 表示。“我们的结果表明，量子处理器不仅仅是计算设备——它们是发现和探测全新物质状态的强大实验平台。”
这项工作开启了量子模拟的新时代，量子计算机成为研究广泛且很大程度上未被探索的非平衡量子物质领域的实验室。这些研究获得的见解可能具有深远的影响，从理解基础物理学到设计下一代量子技术。
参考文献：M. Will, T. A. Cochran, E. Rosenberg, B. Jobst, N. M. Eassa, P. Roushan, M. Knap, A. Gammon-Smith 和 F. Pollmann，“在量子处理器上探测非平衡拓扑序”，2025 年 9 月 10 日，《自然》。
[DOI: 10.1038/s41586-025-09456-3](https://www.nature.com/articles/s41586-025-09456-3)
