谷歌处理器，首次创造不可能的物质状态，量子计算又一突破

2025年9月，慕尼黑工业大学、普林斯顿大学和谷歌量子人工智能的研究人员，用一台58量子比特的超导量子处理器，做成了件以前只存在于理论里的事，他们造出了Floquet拓扑有序状态，这种物质状态在传统平衡物理体系中根本不可能出现。

这事儿不光让理论物理学家的预言有了实锤，更有意思的是，它让量子计算机不再只是个算题的工具，反倒成了能做物理实验的平台。

咱们平时见的固体、液体、气体，都是在温度稳定、系统没什么大变动的热平衡状态下形成的，它们的特性由分子原子的静态结构说了算，用传统的平衡热力学理论就能解释明白。

可一旦系统远离这种平衡，量子世界就换了副模样。

非平衡量子相的特点不是来自静态结构，而是看它怎么随时间变化、怎么动态运动。

说实话，刚开始理解这个区别时，我还绕了点弯子，本来想按传统物理的思路去套，后来发现完全不是一回事儿，传统理论在这儿根本用不上，就像拿旧地图找新路线一样。

它里面的量子态会像音乐节拍那样，按固定周期重复变化，科学家管这叫“周期性时间驱动”。

就是这种“量子节拍”，催生出了平衡状态下绝对没有的有序结构，把传统物质相的边界给打破了。

以前，这种Floquet拓扑有序状态只在理论模型里存在，物理学家算来算去，说它应该有“边缘态定向运动”“奇异粒子嬗变”这些特点，可一直没机会在实验里看见。

这次研究团队不光把它造了出来，还找到办法观测它的特性，通过精密设计的实验，直接看到了边缘态的定向运动，量子粒子沿着系统边缘固定方向走。

一点不受局部干扰；更让人兴奋的是，他们还目睹了“奇异粒子嬗变”，这正是证明这种状态存在的关键证据。

老实讲，能直接观测到这两个现象，比单纯造出状态更关键，毕竟理论说得再热闹，没有实验看见，总让人心里没底。

讲完了这种特殊状态的诞生，咱们再说说量子计算机在里头到底起了啥作用。

慕尼黑工大物理系的博士生梅丽莎・威尔说，高度纠缠的非平衡量子相很难用经典计算机模拟。

这话我是认同的，经典计算机处理量子系统得靠近似算法，可58个量子比特缠在一起，可能的量子态数量多到吓人，经典计算机根本扛不住。

我之前查过相关数据，模拟20个量子比特的纠缠态就需要TB级内存，58个的话，运算量是指数级增长，经典计算机的内存和速度完全跟不上。

量子处理器就不一样了，它本身就是个可控的量子系统，不用像经典计算机那样间接模拟，直接就能操控量子比特之间的相互作用，相当于搭了个“人工量子实验室”。

这次研究也让量子计算的应用方向有了新变化，以前提起量子计算，大家想的都是破解密码、优化算法这些计算任务，可这次的成果说明，它还能当探索未知物理现象的实验平台。

为了确认Floquet拓扑有序状态真的存在，研究团队还开发了种创新的干涉算法。

这种算法被用来探测系统深层的拓扑性质，还能实时监测量子态的演化过程。

如此看来，量子计算机从单纯的计算工具，变成做物理实验的平台，其实是顺理成章的事。

当然，这个突破的意义不光限于这一次实验，它还为非平衡量子研究打开了新大门。

现在的量子处理器一直在升级，2024年IBM就推出了127量子比特的超导处理器，随着量子比特数量增加、控制精度改善，以后肯定能模拟更复杂的非平衡量子相，探索更多没被发现的量子现象。

从应用角度看，搞清楚非平衡量子相的特点，说不定能带来不少技术革新。

比如利用边缘态定向运动的抗干扰特性，能设计出更稳定的量子存储器，减少环境对量子态的破坏，延长存储时间。

基于非平衡量子相的敏感性，还能开发更高精度的量子传感器，以后可能用来探测更微弱的磁场或者引力波。

更何况，中子星内部那种极端环境，密度能达到10¹⁷千克/立方米，温度超1000万摄氏度，有科学家推测那里可能也存在类似的非平衡量子态。

现在有了实验室里的这些数据，天体物理学家研究中子星时也多了个参考。

这次突破也是国际合作的好例子，德国慕尼黑工大的量子调控技术、美国普林斯顿大学的理论研究优势，再加上谷歌的硬件研发能力，凑到一起才搞定这个难题。

说实话，量子物理这种前沿领域，单靠一个国家或者一个机构，很难做得深，毕竟每个地方的优势不一样，合起来才能更快突破。

现在欧盟有“量子旗舰计划”，中美日韩等国也有量子领域的合作联盟，都是靠“联合攻关”的模式推进研究，这种模式以后肯定会成为量子科学研究的主流。

回头看这次谷歌团队的成果，他们不光验证了Floquet拓扑有序状态的理论预言，更重要的是把量子计算机的角色给拓展了。

它不再只是个解决复杂计算问题的工具，更成了探索量子世界未知规律的“实验室”。

未来几年，随着量子处理器性能越来越好、国际合作越来越深入，肯定还会有更多非平衡量子现象被发现，咱们对物质本质和宇宙规律的认识也会更深入。

毫无疑问，这不是量子科技发展的终点，而是一个新起点。

量子计算机的“实验室角色”，会持续为科学创新注入新动能，也会帮人类在探索微观世界的路上走得更远。

这不仅是量子物理学的一次胜利，更是人类突破认知边界、挑战科学极限的又一次重要尝试。