კვანტურმა კომპიუტერმა ნაწილაკების შეჯახებისას ენერგიის მატერიად გარდაქმნა მოახდინა

ფიზიკოსთა ჯგუფმა ციფრული კვანტური პროცესორი გამოიყენა კინეტიკური ენერგიის ახალ ნაწილაკებად გარდაქმნის სიმულაციისთვის შეჯახების პროცესში, რაც ბუნების ერთ-ერთი ფუნდამენტური პროცესია. ეს მიღწევა კვანტური გამოთვლებისა და მაღალი ენერგიების ფიზიკის შერწყმის მნიშვნელოვანი ეტაპია.

კვლევა, რომელიც 11 სექტემბერს Nature Physics-ში გამოქვეყნდა, განახორციელეს კალიფორნიის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის მკვლევარებმა როლანდ ფარელმა და ჯონ პრესკილმა, ვაშინგტონის უნივერსიტეტის მკვლევარებთან, ნიკიტა ზემლევსკისთან და მარკ ილასთან ერთად. ექსპერიმენტი ჩატარდა IBM-ის International Business Machines Corporation ↘ 0.85% ibm_marrakesh პროცესორის 104 ქუბიტზე, 5,589-მდე ორქუბიტიანი კარიბჭის გამოყენებით, რაც დღემდე ჩატარებულ გაფანტვის დინამიკის ერთ-ერთ ყველაზე ღრმა კვანტურ სიმულაციას წარმოადგენს.bioengineer+2

როგორ იქცა ენერგია მატერიად ჩიპზე

გუნდმა მოახდინა შეჯახების სიმულაცია ერთგანზომილებიანი იზინგის ველის თეორიის ფარგლებში, რომელიც ურთიერთქმედი ნაწილაკების გამარტივებული, მაგრამ ფიზიკურად მდიდარი მოდელია. ორი კვანტური ტალღური პაკეტი, რომელთაგან თითოეული თეორიის უმსუბუქეს ნაწილაკს კოდირებდა, ბადეზე ერთმანეთისკენ გაუშვეს. შეჯახების შემდეგ მკვლევარებმა გაზომეს მიღებული ენერგიის სიმკვრივის ასიმეტრია, სიდიდე, რომელიც განასხვავებს ელასტიურ გაჯახებას, სადაც ნაწილაკები უბრალოდ ერთმანეთს ეჯახებიან, არაელასტიური მოვლენებისგან, სადაც ახალი მატერია იქმნება.scienmag+1

მათმა გაზომვებმა აჩვენა საბოლოო მდგომარეობა, რომელიც შეიცავს ერთ მსუბუქ და ერთ მძიმე ნაწილაკს, კონფიგურაცია, რომელიც შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ შეჯახების კინეტიკური ენერგია გარდაიქმნა დამატებით ნაწილაკის მასად. დაბალი შეჯახების ენერგიების დროს დინამიკა დარჩა ელასტიური, ხოლო მაღალ ენერგიებზე გაიხსნა არაელასტიური არხი და გამოიკვეთა ასიმეტრიის მკაფიო სიგნალი.bioengineer+2

მასშტაბირებადი ინსტრუმენტარიუმი ნაწილაკების ფიზიკისთვის

ამ წინსვლის ცენტრშია ახალი ალგორითმი კვანტურ აპარატურაზე რეალისტური გაჯახების მდგომარეობების მოსამზადებლად. წინა მეთოდები მოითხოვდა წრედის სიღრმეს, რომელიც იზრდებოდა ტალღური პაკეტის ზომასთან ერთად, რაც ხმაურიან მოწყობილობებზე სწრაფად ხდებოდა არაპრაქტიკული. ახალი მიდგომა იყენებს W-მდგომარეობებს, მრავალნაწილაკიან ჩახლართულ მდგომარეობებს, შერწყმულს წრედის შიდა გაზომვებთან და წინასწარი კავშირის ოპერაციებთან. ეს ხდის მომზადების წრედის სიღრმეს ტალღური პაკეტის სივრცითი მოცულობისგან დამოუკიდებელს, თვისება, რომელსაც ავტორები აღწერენ როგორც სუპერექსპონენციალურ გაუმჯობესებას ადრინდელ ტექნიკებთან შედარებით.bioengineer+1

მკვლევარებმა აჩვენეს თავიანთი მეთოდის მრავალფეროვნება სხვადასხვა თეორიისთვის წრედების აგებით, მათ შორის კვანტური ელექტროდინამიკის შვინგერის მოდელისა და ორგანზომილებიანი იზინგის ველის თეორიისთვის. ამ კვლევის საბოლოო მიზანია კვანტური ქრომოდინამიკა, თეორია, რომელიც მართავს კვარკებსა და გლუონებს, სადაც არაელასტიური პროცესები, როგორიცაა ადრონების წარმოქმნა, ცენტრალურია კოლაიდერულ ფიზიკაში.bioengineer

გაფრთხილებები და ჰორიზონტები

სიმულირებული თეორია რჩება ერთგანზომილებიანად და ექსპერიმენტი ეყრდნობოდა შეცდომების შერბილებას და არა სრულ კვანტურ შეცდომების კორექციას. მიდგომის გაფართოება უფრო მაღალგანზომილებიან თეორიებზე და ექსპერიმენტული კოლაიდერული მონაცემების შესაბამისი სიზუსტის მიღწევა არის გამოწვევები, რომლებიც წინ გველოდება. მიუხედავად ამისა, იმის დემონსტრირება, რომ ხმაურიან კვანტურ პროცესორს შეუძლია დაინახოს ენერგიის მატერიად გარდაქმნა კვანტური ველის თეორიაში, მიუთითებს იმაზე, რომ მომავალში უფრო მძლავრ მანქანებს შეუძლიათ გაუმკლავდნენ რეალურ დროში გაჯახების პრობლემებს, რომლებიც კლასიკური კომპიუტერებისთვის მიუწვდომელი რჩება.nature+2