Ερευνητές του Duke προσομοιώνουν τη δημιουργία ύλης μετά το Big Bang σε κβαντικό υπολογιστή

Ερευνητές στο Duke Quantum Center χρησιμοποίησαν έναν κβαντικό προσομοιωτή παγιδευμένων ιόντων για να παρατηρήσουν τη δυναμική της θραύσης χορδών, μια διαδικασία που συνδέεται με τη δημιουργία ύλης στα πρώτα στάδια μετά το Big Bang, σε μελέτη που δημοσιεύθηκε την Τετάρτη στο Nature Physics.eurekalert+1

Το πείραμα εξομοιώνει ένα φαινόμενο από την κβαντική θεωρία πεδίου, όπου δύο περιορισμένα θεμελιώδη σωματίδια, συνδεδεμένα σαν μια τεντωμένη χορδή, απομακρύνονται μέχρι η αποθηκευμένη ενέργεια να είναι αρκετή για να παράγει αυθόρμητα νέα ζεύγη σωματιδίων και αντισωματιδίων. Στη φύση, αυτή η διαδικασία απαιτεί ακραίες συνθήκες που συναντώνται μόνο σε εγκαταστάσεις όπως ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων ή αμέσως μετά το Big Bang.eurekalert

Πώς λειτουργεί

Για να αναδημιουργήσει το φαινόμενο, η ομάδα κωδικοποίησε ένα μοντέλο θραύσης χορδών σε μια αλυσίδα 13 παγιδευμένων ιόντων και χρησιμοποίησε ακριβώς ελεγχόμενες δέσμες λέιζερ για να συντονίσει τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους, μιμούμενη το τέντωμα και το σπάσιμο της σύνδεσης μεταξύ των περιορισμένων φορτίων. Προετοιμάζοντας το σύστημα σε μια κατάσταση εκτός ισορροπίας και παρακολουθώντας την εξέλιξή του, οι ερευνητές παρατήρησαν την εμφάνιση ενεργών φορτίων και ανασύνθεσαν τη δυναμική που προέκυψε.phys+1

"Οι προσομοιώσεις σε κβαντικούς υπολογιστές παρέχουν την καλύτερη πλατφόρμα για τη διερεύνηση σύνθετων ερωτημάτων όπως ο σχηματισμός της ύλης, πέρα από το να έχουμε γίνει μάρτυρες του ίδιου του Big Bang", δήλωσε ο Christopher Monroe, καθηγητής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών και Φυσικής στο Duke ↘ 1.84%, ο οποίος ηγήθηκε της έρευνας.eurekalert

Ένα σημείο αναφοράς τριών πλατφορμών

Τα αποτελέσματα του Duke προστίθενται σε παρόμοια ευρήματα από ομάδες με επικεφαλής την Google Alphabet Inc. ↘ 3.58% και την QuEra Computing, οι οποίες προσομοίωσαν τη θραύση χορδών σε πλατφόρμες υπεραγώγιμων κυκλωμάτων και ουδέτερων ατόμων αντίστοιχα. Η ομάδα της QuEra, σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο του Innsbruck και το Harvard, ανέφερε την πρώτη παρατήρηση θραύσης χορδής σε έναν δισδιάστατο κβαντικό προσομοιωτή σε ξεχωριστό άρθρο στο Nature πέρυσι. Ένα περαιτέρω πείραμα από ομάδα του Πανεπιστημίου Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας απέδειξε τον υποκείμενο μηχανισμό χρησιμοποιώντας ένα οπτικό πλέγμα.pratt.duke+3

"Αυτές είναι οι τρεις πλατφόρμες που ηγούνται της κβαντικής υπολογιστικής, οπότε αποτελεί ένα καλό σημείο αναφοράς και σύγκρισης για την κβαντική κοινότητα", δήλωσε ο Monroe.eurekalert

Κοιτάζοντας το μέλλον

Οι προσομοιώσεις σε κλασικούς υπολογιστές που έτρεξε η ομάδα παράλληλα με το κβαντικό πείραμα επιβεβαίωσαν την ακρίβειά του, αλλά καθώς τα μεγέθη των προβλημάτων αυξάνονται, μόνο οι κβαντικοί υπολογιστές θα είναι σε θέση να διαχειριστούν τους υπολογισμούς. "Ως φυσικός, είναι απίστευτα συναρπαστικό να διερευνάς τις συνθήκες του πρώιμου σύμπαντος σε μια υπολογιστική μηχανή ατομικού επιπέδου", δήλωσε η Zohreh Davoudi, αναπληρώτρια καθηγήτρια φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Maryland και μέλος της ερευνητικής ομάδας. "Ακόμη και οι παραμικρές γνώσεις από ένα μοντέλο φυσικής εκτός ισορροπίας θα μας καθοδηγήσουν στο μέλλον".phys+1