حاسوب كمومي ينسج خيطًا خفيًا من النظام سريع
حبل مضفور من مئة خيط قصير قد يكون ملتويًا إلى اليمين أو إلى اليسار. كل خيط على حدة لا يعرف اتجاه التواء الحبل كله، لكن حاول فك ضفره وستظهر الفروق فورًا. هذه هي طبيعة الحالات التي يسميها الفيزيائيون "المحمية بالتناظر" (symmetry-protected): فهي غير قابلة للتمييز محليًا، لكنها مختلفة عالميًا.
أخذ فريق من الباحثين سلسلة من مئة مغزل (spin) — وهي أسهم مغناطيسية صغيرة يمكن أن تشير إلى الأعلى أو الأسفل. تناوبت المغازل في قوة الترابط: ترابط قوي، ترابط ضعيف، ثم قوي مرة أخرى. يمكن لهذه السلسلة أن تتواجد في طورين خفيين مختلفين، وقد نجحوا في تحضيرهما على معالج كمومي من IBM بدقة تتراوح بين 97.9% و99.0%.
ساعدت ثلاث علامات مستقلة في التحقق من أن الطور هو بالفعل الطور المطلوب. الأولى: النظام السلسلي غير الموضعي (nonlocal string order) — إذا قمت بقياس المغازل على مسافات متباعدة حتى عشرين عقدة، يظهر نمط صارم، بينما لا تظهره المغازل المتجاورة. الثانية: طيف التشابك (entanglement spectrum) — له مستويات متكررة مميزة، مثل زخرفة متناظرة. الثالثة: الأنماط الحدودية (edge modes) — تظهر عند طرفي السلسلة مغازل "حرة" محمية بالتناظر من الاضطرابات.
سابقًا، كانت هذه الحالات تُحضر فقط في المحاكاة الحاسوبية أو في أنظمة صغيرة جدًا. الآن يمكن تحضيرها على عتاد كمومي حقيقي، وربما دراسة ما يحدث عندما يتغير النظام فجأة مع الزمن — وهي مهمة تفوق قدرة الحواسيب العادية.
سلسلة من مئة مغزل لها $2^{100}$ تكوينًا محتملاً — وهذا أكثر من عدد الذرات في الكون المرئي، ومع ذلك أمكن تحديد الحالة المطلوبة ببضع عشرات من العمليات فقط.