Квантовый компьютер моделирует материю, «возникающую из небытия»
Исследователи с помощью 13-ионного квантового симулятора воссоздали процесс образования частиц, связанный с экстремальной физикой ранней Вселенной, и показали, что квантовые компьютеры могут помочь изучать формирование и эволюцию материи после Большого взрыва
Короткое резюме
Учёные под руководством Квантового центра Дьюка (Duke Quantum Center) использовали квантовый симулятор, чтобы наблюдать динамику разрыва струны, связанную с образованием частиц и античастиц. Работа, опубликованная 23 сентября в журнале Nature Physics, представляет собой одну из первых демонстраций такого рода в квантовой физике и показывает, что квантовые компьютеры на ионных ловушках могут стать мощными инструментами для исследования фундаментальных вопросов физики.
В эксперименте была смоделирована так называемая динамика разрыва струны: два связанных строительных блока материи разъединяются до тех пор, пока не накопится столько энергии, что при разрыве связи новые частицы фактически «возникают из небытия». Такие процессы требуют огромной энергии и обычно происходят только в экстремальных условиях, например внутри Большого адронного коллайдера или вскоре после Большого взрыва. Команда закодировала модель разрыва струны в цепочке из 13 захваченных ионов (trapped ions), с помощью лазеров управляла взаимодействиями ионов, подготовила систему в неравновесном состоянии и отследила её эволюцию, а результаты согласовались с классическим моделированием.
Другие группы недавно достигли аналогичных результатов на иных типах квантового оборудования: команды под руководством Google и QuEra Computing воссоздали родственные модели разрыва струны с использованием сверхпроводящих схем и нейтральных атомов соответственно. Хотя при небольшом масштабе классические компьютеры всё ещё справляются с расчётами, исследователи ожидают, что по мере усложнения экспериментов квантовые компьютеры смогут решать задачи, недоступные даже самым мощным суперкомпьютерам. В будущем это может помочь изучать поведение и эволюцию материи вскоре после Большого взрыва.
Квантовый симулятор воссоздал разрыв струны
На 13 захваченных ионах (trapped ions) была смоделирована динамика, связанная с образованием частиц и античастиц при разрыве связи
Результаты согласуются с классическим моделированием
Классический компьютер воспроизвёл тот же процесс, и его расчёты совпали с экспериментальными результатами квантового симулятора
Аналогичные результаты получены на других платформах
Google и QuEra Computing использовали сверхпроводящие схемы и нейтральные атомы, что делает сравнение трёх ведущих платформ важным ориентиром для сообщества
Цель — симуляции, недоступные суперкомпьютерам
По мере масштабирования квантовые системы могут позволить исследовать вопросы, которые трудно или невозможно воспроизвести напрямую в лаборатории
Текст сгенерирован с использованием ИИ
