量子处理器揭示了一种此前从未观测到的奇异物质相。这一发现凸显了量子计算机在推动基础物理学发展方面所发挥的作用。

物质形态描述了物质所能呈现的基本形式，例如水以液态或冰的形式存在。传统上，科学家们是在平衡状态下对这些形态进行定义的，即系统随时间推移保持稳定的状态。然而，大自然也允许出现更多不寻常的可能性：只有在系统被迫脱离平衡状态时才会出现的形态。在发表于《自然》杂志的一项新研究中，研究人员证明，量子计算机为研究这些奇特的物质形态提供了一个独特的平台。

非平衡量子态与弗洛凯系统

与常规物相不同，非平衡量子物相的特点在于其随时间变化且动态的行为，这些特征无法用标准的平衡态热力学来解释。在弗洛凯（Floquet）系统中，这类物相尤为丰富多样。弗洛凯系统是指受周期性外场驱动的量子系统。这种有节奏的激发能够产生在平衡态中完全不存在的新型有序结构，揭示出超越普通物质物相范畴的物理现象。

慕尼黑工业大学（TUM）、普林斯顿大学与谷歌量子人工智能团队携手合作，借助一款58量子比特超导量子处理器，成功缔造了弗洛埃特拓扑有序态——这一相态虽早有理论预言，却始终未能在实验中得以实现。研究人员直接观测到了该状态特有的定向边缘运动，并开发出一种新型干涉测量算法，以探查其拓扑特性。借助这些工具，他们观测到了奇异粒子的动态“嬗变”现象，这一现象正是此类特殊量子相态的预测特征。

量子计算机——实验室中的新宠

“高度纠缠的非平衡态极难用传统计算机进行模拟，”该研究第一作者、慕尼黑工业大学自然科学学院物理学博士生梅利莎·威尔（Melissa Will）表示，“我们的研究结果表明，量子处理器不仅仅是计算设备，更是探索和研究全新物质态的强大实验平台。”

这项研究开启了量子模拟的新纪元，让量子计算机成为探索广袤且大多未被涉足的非平衡态量子物质领域的实验室。从这些研究中获得的洞见可能会产生深远影响，从理解基础物理学到设计下一代量子技术，均涵盖其中。

参考文献：M. 威尔（M. Will）、T. A. 科克伦（T. A. Cochran）、E. 罗森伯格（E. Rosenberg）、B. 乔布斯特（B. Jobst）、N. M. 伊萨（N. M. Eassa）、P. 鲁尚（P. Roushan）、M. 纳普（M. Knap）、A. 伽蒙-史密斯（A. Gammon-Smith）和 F. 波尔曼（F. Pollmann）于2025年9月10日发表于《自然》期刊的论文《在量子处理器上探究非平衡拓扑序》。 DOI：10.1038/s41586-025-09456-3