Kvantinis kompiuteris imituoja energijos virtimą materija dalelių susidūrimuose

Fizikų komanda panaudojo skaitmeninį kvantinį procesorių kinetinės energijos virtimui naujomis dalelėmis susidūrimo metu – vienam iš pačių fundamentaliausių gamtos procesų – imituoti, taip pažymėdama svarbų etapą kvantinės kompiuterijos ir didelių energijų fizikos suartėjime.

Tyrimas, rugsėjo 11 d. paskelbtas žurnale Nature Physics, buvo atliktas Rolando C. Farrello ir Johno Preskillio iš Kalifornijos technologijos instituto bei Nikitos A. Zemlevskio ir Marco Illos iš Vašingtono universiteto. Eksperimentas, vykdytas naudojant 104 kubitus IBM International Business Machines Corporation ↗ 3.96% ibm_marrakesh procesoriuje su iki 5 589 dviejų kubitų vartų, yra viena giliausių iki šiol aprašytų kvantinių sklaidos dinamikos simuliacijų.bioengineer+2

Kaip energija tapo materija mikroschemoje

Komanda imitavo susidūrimus vienmatėje Izingo lauko teorijoje – supaprastintame, bet fiziškai turtingame sąveikaujančių dalelių modelyje. Du kvantiniai bangų paketai, kurių kiekvienas koduoja lengviausią teorijos dalelę, buvo paleisti vienas į kitą gardelėje. Po susidūrimo tyrėjai išmatavo gauto energijos tankio asimetriją – dydį, kuris atskiria tampriąją sklaidą, kai dalelės tiesiog atšoka viena nuo kitos, nuo netampriųjų įvykių, kurių metu sukuriama nauja materija.scienmag+1

Jų matavimai atskleidė galutinę būseną, kurioje yra viena lengva ir viena sunki dalelė – konfigūracija, įmanoma tik tuo atveju, jei susidūrimo kinetinė energija buvo paversta papildoma dalelės mase. Esant mažai susidūrimo energijai, dinamika išliko tampri; esant didesnei energijai, atsivėrė netamprusis kanalas ir aiškiai išryškėjo asimetrijos signalas.bioengineer+2

Keičiamo mastelio įrankių rinkinys dalelių fizikai

Šios pažangos pagrindas yra naujas algoritmas, skirtas tikroviškoms sklaidos būsenoms paruošti kvantinėje aparatinėje įrangoje. Ankstesni metodai reikalavo grandinės gylio, kuris didėjo kartu su bangų paketo dydžiu, todėl greitai tapo nepraktiški triukšminguose įrenginiuose. Naujasis metodas naudoja W būsenas – daugiadaleles susietas būsenas – kartu su matavimais grandinės viduryje ir tiesioginio ryšio operacijomis. Dėl to paruošimo grandinės gylis nepriklauso nuo bangų paketo erdvinio tūrio – autoriai šią savybę apibūdina kaip „superekponentinį patobulinimą“, palyginti su ankstesniais metodais.bioengineer+1

Tyrėjai pademonstravo savo metodo universalumą kurdami grandines kelioms kitoms teorijoms, įskaitant Švingerio kvantinės elektrodinamikos modelį ir dvimatę Izingo lauko teoriją. Galutinis šios tyrimų krypties tikslas yra kvantinė chromodinamika – teorija, valdanti kvarkus ir gliuonus, kurioje netamprieji procesai, tokie kaip hadronų gamyba, yra centriniai greitintuvų fizikoje.bioengineer

Įspėjimai ir horizontai

Imituojama teorija išlieka vienmatė, o eksperimentas rėmėsi klaidų mažinimu, o ne visišku kvantinių klaidų taisymu. Šio metodo išplėtimas į aukštesnių matmenų teorijas ir tikslumo, palyginamo su eksperimentiniais greitintuvų duomenimis, pasiekimas yra ateities iššūkiai. Vis dėlto faktas, kad triukšmingas kvantinis procesorius gali stebėti energijos virtimą materija kvantinėje lauko teorijoje, rodo, kad galingesnės ateities mašinos galės spręsti realaus laiko sklaidos problemas, kurios išlieka neįveikiamos klasikiniams kompiuteriams.nature+2