رایانه های کوانتومی در حال فاش کردن فیزیک ذرات جدید هستند

رایانه های کوانتومی شروع به تبدیل شدن به ابزارهای قدرتمندی برای مطالعه برخی از اساسی ترین نیروهای جهان – و برخی از دشوارترین درک آنها. دو تجربه از آنها برای هموار کردن مسیر جدیدی برای فیزیک هسته ای و ذرات استفاده کردند.

توضیح می دهد: “ما این نوع طرح بزرگ را داریم که ممکن است بخواهیم رایانه های کوانتومی را برای فیزیک انرژی بالا انجام دهیم.” Torsten Zache در دانشگاه اینسبروک در اتریش. “یک اجماع قوی وجود دارد که براساس آن رایانه های کوانتومی در مقیاس بزرگ واقعاً قادر به حل مشکلاتی هستند که در غیر این صورت نامحلول هستند.”

او و همکارانش از یک رایانه کوانتومی برای شبیه سازی اینکه ذرات هیجان زده – آنهایی که انرژی زیادی دارند – در مزارع کوانتومی رفتار می کنند ، وضعیتی شبیه به شرایطی که در شتاب دهنده های ذرات انجام می دهند ، استفاده کرده اند. پدرام تمان در گوگل و همکارانش شبیه سازی مشابهی را در رایانه کوانتومی دیگری ترتیب دادند.

اگرچه رایانه های متعارف به طور کلی می توانند فقط ذرات آنی را ضبط کنند ، اما شبیه سازی های جدید نشان می دهد که چگونه با گذشت زمان رفتار می کنند ، کمی شبیه به ساخت فیلم.

روشان می گوید همه اینها با مزارع کوانتومی شروع می شود ، که در فضا و نیروهای ورزشی روی ذرات گسترش می یابد. تیم وی می خواست میدان الکترومغناطیسی را شبیه سازی کند ، اما یک چالش اضافی برای اطمینان از اینکه میدان شبیه سازی شده در همه جا اعمال نمی شود ، وجود دارد ، بلکه همچنین این است که ذرات را در طول بزرگنمایی روی چند مورد تحت تأثیر قرار می دهد.

تیم های Roushan و Zache هرکدام نسخه ای از این ساختار محلی را بر اساس ساده سازی مدل فیزیک ذرات استاندارد شبیه سازی کردند – بهترین تئوری ما در مورد چگونگی رفتار همه ذرات و نیروهایی که بر روی آنها رفتار می کنند.

Zache و همکارانش از یک رایانه کوانتومی ساخته شده از اتم های بسیار سرد که توسط لیزرها و تکانه های الکترومغناطیسی کنترل می شوند ، استفاده کردند که توسط شرکت محاسبات کوانتومی Quera تولید شده است. تیم Roushan با رایانه Quantum Sycamore از Google کار کرد که از مدارهای ابررسانا ریز استفاده می کند.

این دو تیم دو ذره را در میدان کوانتومی شبیه سازی کردند که ابتدا برای حرکت در کنسرت محدود شدند و سپس از یکدیگر جدا شدند. در این سناریو ، ذرات طوری رفتار می کنند که گویی توسط یک زنجیره انرژی متصل می شوند که ارتعاش می کند و به پایان می رسد. در مدل استاندارد ، این رشته از رشته ها برای کوارک ها مهم است که هسته اتمها را تشکیل می دهند و توسط نیروی قوی در کنار هم نگهداری می شوند. همچنین برای جفت ذرات ضد ماده و آنتی بادی ضروری است.

اگرچه رایانه های معمولی می توانند دقیقاً این پدیده را به یک مورد با گذشت زمان شبیه سازی کنند ، یا وقتی انرژی نسبتاً کم است ، آنها نمی توانند کل فرآیند را برای سیستم های بسیار کوچک ضبط کنند. روشان توضیح می دهد: “برای چندین دهه ، ما به فیزیک استاتیک توجه کرده ایم ، اما اگر شما یک وضعیت پویا می خواهید چه اتفاقی می افتد؟ ما برای اولین بار آن را تجسم کرده ایم.”

آنچه آنها دیده اند با مدل استاندارد مغایرت ندارد و مطابق با شبیه سازی های پیشرفته رایانه ای معمولی نیست ، اما استفاده از یک رایانه کوانتومی کمی بزرگتر ، این کار را در یک قلمرو ناشناخته سوق می دهد. جاد هالیمه در دانشگاه مونیخ در آلمان. او می گوید که تجربیات جدید رایانه های کوانتومی را “آرنج” با بهترین رایانه های سنتی به ارمغان می آورد.

آنتونی سیاوارلا در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی در کالیفرنیا ، می گوید که شلوغی برای کوارک ها جایی است که بازترین سؤالات نظری وجود دارد و چند سال پیش ، محققان به سختی می توانند از تجهیزات رایانه ای کوانتومی برای شبیه سازی روند استفاده کنند.

اما اکنون ، هالیمه ، رایانه های کوانتومی باید “بازیگر اصلی” باشند تا بفهمند آنچه در قلب ذرات اتفاق می افتد برخورد می کند.

هنگامی که یونهای بسیار پرانرژی در یک برخورد شکسته می شوند ، آنها دوش ذرات تولید می کنند که به ردیاب ها اعتصاب می کنند – داده ها مانند آخرین فریم های یک فیلم است و فیزیکدانان می توانند از آن برای مجنون آنچه که قبلاً در فریم ها اتفاق افتاده است استفاده کنند. وی گفت ، اما رایانه های کوانتومی می توانند به ما اجازه دهند با برخورد شروع کنیم و درک کنیم که چه اتفاقی خواهد افتاد.

“من کاملاً به این اعتقاد دارم [approach]”گفت Zache.” سرانجام ، من فکر می کنم این ابزاری خواهد بود که نقش بسیار مهمی ایفا خواهد کرد. »»

برای رسیدن به آنجا ، محققان باید به جای دو بعد مکانی ، شبیه سازی های خود را در رایانه های کوانتومی بزرگتر و در سه مورد انجام دهند. روشان می گوید تیم وی با واقعیت ها و محدودیت های برخی از بهترین رایانه های کوانتومی موجود کار می کند ، و یک نکته جادویی وجود ندارد که بتواند شبیه سازی های آنها را تسریع کند – تجهیزات و نحوه برنامه ریزی شبیه سازی ها باید به پیشرفت خود ادامه دهند.

او می گوید ، اما در حال حاضر ، شبیه سازی هایی از این دست نیز می تواند به محققان کمک کند تا فیزیک ذرات کمتر شدید را درک کنند ، مانند راه هایی که ذرات هیجان زده آنها در مواد کوانتومی عجیب و غریب رفتار می کنند.

سوژه ها:

• فیزیک ذرات/ /
• محاسبه کوانتومی