人們普遍預期量子技術將改變大型複雜資料集的處理方式。儘管現在它們主要用於實驗室和研究環境。但這個領域也正在走向各行業的實際應用。不斷地
在最新的量子物理學基礎研究中，研究人員研究了物質在非常小尺度上的行為，包括原子、電子和光子。這項研究由加州理工大學物理學教授伊恩·鮑威爾領導。它重點關注磁場隨時間的變化如何導致物質表現出不尋常的和以前看不見的特性。
鮑威爾和2025年從加州理工學院畢業並獲得物理學學士學位的學生研究員路易斯·布查爾特(Louis Bouchalter)在《物理評論B》上發表了一篇題為“通量切換Floquet工程”的文章，他們的研究表明，當磁場以受控且隨時間變化的方式變化時，他們可以創造出隨時間保持不變的材料中不存在的量子態。 （隨著時間的推移保持相同狀態）
鮑威爾說：「總體而言，我認為這是我們理解依賴時間的控制如何創造和組織新形式的量子物質的突破。」「主要思想是，有用的量子特性並不取決於材料是什麼。但它也取決於時間的驅動方式。在我們的例子中，我們證明了磁場會週期性變化。無需恆定的伙伴就可以創建受驅動的量子相。」
邁向更穩定的量子技術
透過仔細安排磁場的使用時間，科學家可以設計出具有更穩定特性並且更容易受到「雜訊」或缺陷影響的量子系統。這些幹擾是量子技術中的一個主要挑戰。這通常會導致計算或系統效能錯誤。
鮑威爾指出，即使是技術細節也很難在場外解釋。但更廣泛的想法是明確的。這些發現指出了新的方法。為了在受控環境（例如超冷原子實驗）中創建和研究這些不尋常的量子態，
「我們的研究與工業最直接相關的是量子計算和量子模擬，而不是現階段的具體最終用途領域，」鮑威爾說。 “對製藥、金融、製造或航空航天等領域的任何最終影響都可能是間接的。它有助於更好的量子技術的長期發展。為了推進工業應用，下一步是實驗驗證。並進一步努力將這些想法與現實的量子設備平台聯繫起來。”
量子系統中的新數學模型
除了創造新的量子態之外，研究還確定了反映高維量子系統中常見模式的數學組織原理。這表明由狀態變化驅動的相對簡單的系統可以提供探索更複雜的量子物理學的新方法。
團隊還繪製了這些奇異狀態是如何形成的。它揭示了系統拓樸相圖中的精確結構。此圖可作為各種穩定量子相的視覺指南。其中每個相由固定的拓樸屬性定義。
為什麼量子控制對電腦很重要？
量子力學允許電腦系統以遠遠超出經典電腦能力的方式處理資訊。這些系統可以執行大規模模擬。分析海量資料集並更有效率地解決複雜問題
磁場在此過程中扮演重要角色。它通常用於控制和測量量子位元（或量子位元），量子位元是量子資訊的基本單位。量子位元相當於經典電腦中的 0 和 1 單位。 （現在通用計算機中使用）用於顯示物理電氣狀態。
學生的研究經驗與未來的職業
對布查爾特來說，參與這項研究為研究過程和科學傳播提供了寶貴的見解。
“這與進行研究的過程以及如何向更廣泛的科學界有效地傳達新的研究成果有很大關係。”
「我了解到，研究很少是一個簡單的過程。這通常需要在研究計畫期間堅持不懈並創造性地解決問題，」布赫特說。 “我相信我們的結果有助於證明 Floquet 工程在創建具有高度可調特性的量子系統方面的力量。這為進一步研究週期性驅動的量子物質及其用途的開發鋪平了道路”
布查爾特計劃今年秋天在華盛頓大學開始材料科學與工程理學碩士學位課程。他將專注於量子物質的實驗研究。他也考慮未來在國家實驗室從事量子設備開發工作。
「我最初接手這個計畫是因為我對凝聚態物理感興趣，然而，透過我的經驗，我開始對量子材料領域著迷，」布查爾特說。 “我有興趣繼續我的量子研究並幫助開發電子和光子設備中的應用。”
