Учёные создали новое цифровое состояние материи для стабильных квантовых компьютеров

Учёные сделали важный шаг на пути к созданию стабильных квантовых компьютеров. Используя специализированный квантовый чип в качестве миниатюрной лаборатории, команда под руководством Пань Цзяньвэя из Научно-технического университета Китая создала и изучила редкую и сложную форму материи — топологические фазы высшего порядка в неравновесном состоянии.

Равновесные и неравновесные топологические фазы высшего порядка. Автор: Science (2025). DOI: 10.1126/science.adp6802

Эта цифровая материя уникальна тем, что её ключевые свойства сверхустойчивы и локализованы исключительно в её углах. Однако эта стабильность поддерживается только при постоянной «бомбардировке» материала импульсами энергии.

Работа, опубликованная в журнале Science, демонстрирует, что квантовые компьютеры можно использовать как надёжные симуляторы для открытия и тестирования новых стабильных форм материи. Это необходимо для создания квантовых компьютеров, которые никогда не выходят из строя, поскольку именно такие устойчивые к ошибкам «угловые» свойства нужны для создания надёжного квантового «железа».

Программирование квантового чипа

Чтобы создать этот экзотический материал, учёные запрограммировали квантовый чип, используя сеть кубитов для имитации структуры материала. Затем они выполнили сложный набор инструкций более 50 раз, чтобы создать энергетические импульсы, необходимые для достижения нужного состояния.

Поскольку традиционные инструменты не могут измерить постоянно меняющуюся квантовую материю, исследователи разработали новую технику, отслеживающую изменение свойств кубитов во времени. Анализ этих данных позволил доказать стабильность материала и создать карту, точно показывающую расположение сверхустойчивых углов. Это подтвердило существование предсказанных стабильных угловых мод, которые проявляются только при импульсном воздействии на материал.

«Наша работа может позволить использовать программируемые квантовые процессоры для исследования экзотических неравновесных топологических фаз материи высшего порядка», — отмечают авторы исследования.

Успех этого проекта — лишь начало. Исследователи полагают, что их демонстрация возможностей квантовых компьютеров как симуляторов откроет путь к новым открытиям в квантовой физике.

Больше информации: Haoran Qian et al, Programmable higher-order nonequilibrium topological phases on a superconducting quantum processor, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adp6802