Kvantový počítač IBM poprvé simuluje hadronizaci

Fyzik z Lawrence Berkeley National Laboratory použil kvantový počítač společnosti IBM International Business Machines Corporation k simulaci hadronizace – procesu, při kterém se kvarky spojují prostřednictvím silné jaderné síly a vytvářejí složené částice, jako jsou protony a neutrony. Jde o krok směrem ke kvantovým výpočtům, které by jednoho dne mohly překonat klasické superpočítače při modelování subatomárního světa.

Překlenutí propasti v částicové fyzice

Anthony Ciavarella, vědecký pracovník Berkeley Lab, který projekt vedl, vzdáleně přistoupil k procesoru Heron na kvantové platformě IBM prostřednictvím programu pro uživatele kvantových počítačů Oak Ridge National Laboratory. Využil 104 ze 156 qubitů k simulaci přetržení gluonové struny v jedné prostorové dimenzi. Výsledky, publikované v Physical Review D, odpovídaly předchozím výpočtům provedeným na klasických superpočítačích.olcf.ornl+2

Hadronizace je klíčová pro pochopení toho, co se děje uvnitř částicových urychlovačů, jako je Velký hadronový urychlovač v CERNu, kde se protony srážejí rychlostí blízkou rychlosti světla. Vznikající kvarky a antikvarky procházejí hadronizací příliš rychle na to, aby je bylo možné přímo pozorovat, což činí počítačové simulace nezbytnými pro vyplnění pozorovacích mezer.ornl+1

„V principu známe teorii, která popisuje hadronizaci, ale nejsme schopni ji použít k předpovědím, protože výpočty byly pro klasický počítač příliš obtížné,“ řekl Ciavarella. „Na kvantovém počítači bychom měli být schopni přímo vytvářet předpovědi pro detaily toho, jak hadronizace probíhá, což pomůže při hledání nové fyziky prováděném v urychlovačích, jako je LHC.“phys+1

Zjednodušený model s širšími ambicemi

Ciavarella použil několik zjednodušení, aby byl výpočet na současném hardwaru zvládnutelný: limit těžkých kvarků, jednorozměrný prostorový model a techniku, kterou spoluvyvinul a nazval „škálovatelný obvodový souběžný variační kvantový řešič“ pro přípravu qubitů ve stabilním vakuovém stavu. Jedním z pozoruhodných zjištění, které bylo reprodukováno z dřívějších klasických prací, bylo, že střed gluonové struny se zdá být chovat, jako by se při konečné teplotě zplynoval, než se přetrhne – rys, který, pokud bude potvrzen napříč více modely, může odrážet skutečnou kvantovou chromodynamiku.ornl+1

Pohled do budoucna

Ciavarella plánuje v budoucí práci přidat druhou prostorovou dimenzi, jak se bude zlepšovat kvantový hardware a algoritmy. Projekt, podporovaný programem Advanced Scientific Computing Research Ministerstva energetiky, je navržen tak, aby vytvořil výpočetní šablony, které budou fyzici potřebovat, jakmile budou k dispozici větší a spolehlivější kvantové procesory.olcf.ornl+1