Kuantum bilgisayar, parçacık çarpışmalarında enerjinin maddeye dönüşümünü simüle etti

Bir fizikçi ekibi, doğadaki en temel süreçlerden biri olan çarpışma sırasında kinetik enerjinin yeni parçacıklara dönüşümünü simüle etmek için dijital bir kuantum işlemci kullandı. Bu çalışma, kuantum hesaplama ile yüksek enerji fiziğinin kesişiminde önemli bir dönüm noktası oluşturuyor.

11 Eylül'de Nature Physics dergisinde yayımlanan araştırma, California Teknoloji Enstitüsü'nden Roland C. Farrell ve John Preskill ile Washington Üniversitesi'nden Nikita A. Zemlevskiy ve Marc Illa tarafından gerçekleştirildi. IBM'in International Business Machines Corporation ↘ 0.85% ibm_marrakesh işlemcisinin 104 kübiti üzerinde çalışan ve 5.589 adede kadar iki kübitlik kapı kullanan deney, bugüne kadar rapor edilen en derin saçılma dinamiği kuantum simülasyonlarından birini temsil ediyor.bioengineer+2

Enerji Bir Çip Üzerinde Nasıl Maddeye Dönüştü

Ekip, etkileşen parçacıkların basitleştirilmiş ancak fiziksel açıdan zengin bir modeli olan tek boyutlu Ising alan teorisi içindeki çarpışmaları simüle etti. Her biri teorideki en hafif parçacığı kodlayan iki kuantum dalga paketi, kafes üzerinde birbirine doğru gönderildi. Çarpışmadan sonra araştırmacılar, parçacıkların sadece birbirlerinden sektiği elastik saçılmayı, yeni maddenin yaratıldığı inelastik olaylardan ayıran bir miktar olan sonuçtaki enerji yoğunluğunun çarpıklığını ölçtüler.scienmag+1

Ölçümleri, bir hafif ve bir ağır parçacık içeren nihai bir durumu ortaya çıkardı; bu, yalnızca çarpışmanın kinetik enerjisinin ek parçacık kütlesine dönüştüğü durumlarda mümkün olan bir konfigürasyondur. Düşük çarpışma enerjilerinde dinamikler elastik kalırken, daha yüksek enerjilerde inelastik kanal açıldı ve çarpıklık sinyali net bir şekilde ortaya çıktı.bioengineer+2

Parçacık Fiziği İçin Ölçeklenebilir Bir Araç Kutusu

Bu ilerlemenin merkezinde, kuantum donanımı üzerinde gerçekçi saçılma durumları hazırlamak için yeni bir algoritma yer alıyor. Önceki yöntemler, dalga paketi boyutuyla birlikte artan ve gürültülü cihazlarda hızla pratik olmayan hale gelen devre derinlikleri gerektiriyordu. Yeni yaklaşım, devre içi ölçümler ve ileri besleme işlemleriyle birleştirilmiş çok parçacıklı dolanık durumlar olan W durumlarını kullanıyor. Bu, hazırlık devresinin derinliğini dalga paketinin uzamsal hacminden bağımsız hale getiriyor; yazarların önceki tekniklere göre "süper üstel bir iyileşme" olarak tanımladığı bir özellik.bioengineer+1

Araştırmacılar, kuantum elektrodinamiğinin Schwinger modeli ve iki boyutlu Ising alan teorisi dahil olmak üzere diğer birçok teori için devreler oluşturarak yöntemlerinin çok yönlülüğünü gösterdiler. Bu araştırma hattı için nihai hedef, hadron üretimi gibi inelastik süreçlerin çarpıştırıcı fiziğinde merkezi bir yere sahip olduğu kuarkları ve gluonları yöneten teori olan kuantum kromodinamiğidir.bioengineer

Uyarılar ve Ufuklar

Simüle edilen teori tek boyutlu kalmaya devam ediyor ve deney, tam kuantum hata düzeltmesi yerine hata azaltmaya dayandı. Yaklaşımı daha yüksek boyutlu teorilere genişletmek ve deneysel çarpıştırıcı verileriyle karşılaştırılabilir hassasiyete ulaşmak, önümüzdeki zorluklar arasında yer alıyor. Yine de, gürültülü bir kuantum işlemcinin kuantum alan teorisinde enerjinin maddeye dönüşümüne tanıklık edebileceğinin gösterilmesi, gelecekteki daha güçlü makinelerin klasik bilgisayarlar için çözülemez kalan gerçek zamanlı saçılma problemlerini ele alabileceğini düşündürüyor.nature+2