研究人员使用量子处理器使微波光子具有异常粘性。他们哄骗它们聚集在一起进入束缚状态，然后发现这些光子团在一种状态下存活下来，在这种状态下它们会溶解成它们通常的、孤立的状态。这一发现首先是在量子处理器上进行的，标志着这些平台在研究量子动力学方面发挥着越来越大的作用。

光子——光或微波等电磁辐射的量子包——通常不会相互作用。例如，两束交叉的手电筒光束不受干扰地穿过彼此。但在一系列超导量子比特中，微波光子可以相互作用。

在今天发表在《自然》杂志上的“相互作用光子的稳健束缚态的形成”一文中，GoogleQuantumAI的研究人员描述了他们如何设计这种不寻常的情况。他们研究了一个由24个超导量子位组成的环，可以容纳微波光子。通过将量子门应用于成对的相邻量子位，光子可以通过在相邻位置之间跳跃并与附近的光子相互作用来四处传播。

光子之间的相互作用影响了它们所谓的“相位”。相位跟踪光子波函数的振荡。当光子不相互作用时，它们的相位累积是相当无趣的。就像一支经过精心排练的合唱团，他们彼此同步。在这种情况下，一个最初与另一个光子相邻的光子可以在不失去同步的情况下跳离它的邻居。

正如合唱团中的每个人都为这首歌做出贡献一样，光子可以采取的每条可能路径都对光子的整体波函数有贡献。最初聚集在相邻位置的一组光子将演变成每个光子可能采取的所有可能路径的叠加。

当光子与其邻居相互作用时，情况就不再如此。如果一个光子跳离它的邻居，它的相位积累率就会改变，变得与邻居不同步。光子分裂的所有路径都重叠，导致相消干涉。就像每个合唱团成员都按照自己的节奏唱歌一样——歌曲本身被冲淡了，变得无法通过个别歌手的喧嚣来辨别。

在所有可能的配置路径中，唯一可能存在的情况是所有光子在束缚状态下保持聚集在一起的配置。这就是为什么相互作用可以增强并导致束缚态形成的原因：通过抑制光子未束缚在一起的所有其他可能性。

为了严格证明束缚态的行为确实与粒子一样，具有明确定义的量，例如能量和动量，研究人员开发了新技术来测量粒子的能量如何随动量变化。通过分析光子之间的相关性如何随时间和空间变化，他们能够重建所谓的“能量-动量色散关系”，确认束缚态的类粒子性质。

束缚态的存在本身并不新鲜——在一个称为“可积体系”的体系中，动力学要简单得多，十年前就已经预测和观察到了束缚态。

但除了可整合性之外，还有混乱。在这个实验之前，人们合理地假设束缚态会在混沌中分崩离析。为了测试这一点，研究人员通过将简单的环形几何形状调整为更复杂的齿轮状连接量子位网络，超越了可集成性。他们惊讶地发现束缚态在混沌状态下持续存在。

GoogleQuantumAI的团队仍然不确定这些束缚态从何处获得了意想不到的弹性，但这可能与一种称为“预热化”的现象有关，在这种现象中，系统中不相容的能量尺度会阻止系统尽快达到热平衡否则的话。

研究人员希望对该系统的研究将带来对多体量子动力学的新见解，并激发使用量子处理器的更多基础物理发现。