Tým z Duke simuluje vznik hmoty po velkém třesku na kvantovém počítači

Výzkumníci z Duke Quantum Center použili kvantový simulátor s uvězněnými ionty k pozorování dynamiky přetržení strun – procesu spojeného se vznikem hmoty v prvních okamžicích po velkém třesku – ve studii publikované ve středu v časopise Nature Physics.eurekalert+1

Experiment napodobuje jev z kvantové teorie pole, při kterém jsou dvě uvězněné fundamentální částice, spojené jako napjatá struna, od sebe natahovány, dokud nahromaděná energie nestačí ke spontánnímu vytvoření nových párů částic a antičástic. V přírodě tento proces vyžaduje extrémní podmínky, které se nacházejí pouze v zařízeních, jako je Velký hadronový urychlovač, nebo bezprostředně po velkém třesku.eurekalert

Jak to funguje

K znovuvytvoření tohoto efektu tým zakódoval model přetržení strun do řetězce 13 uvězněných iontů a použil přesně řízené laserové paprsky k vyladění interakcí mezi nimi, čímž napodobil natahování a prasknutí spojení mezi uvězněnými náboji. Přípravou systému ve stavu mimo rovnováhu a sledováním jeho vývoje výzkumníci pozorovali vznik efektivních nábojů a rekonstruovali výslednou dynamiku.phys+1

"Simulace na kvantových počítačích poskytují nejlepší platformu pro zkoumání složitých otázek, jako je vznik hmoty, pokud pomineme možnost být svědkem samotného velkého třesku," uvedl Christopher Monroe, profesor elektrotechniky, počítačového inženýrství a fyziky na Duke ↘ 1.84%, který výzkum vedl.eurekalert

Benchmark tří platforem

Výsledky z Duke se připojují k podobným zjištěním týmů vedených společnostmi Google Alphabet Inc. ↘ 3.58% a QuEra Computing, které simulovaly přetržení strun na platformách se supravodivými obvody, respektive neutrálními atomy. Tým QuEra ve spolupráci s univerzitami v Innsbrucku a Harvardu loni v samostatném článku v Nature oznámil první pozorování přetržení strun v dvourozměrném kvantovém simulátoru. Další experiment skupiny z Čínské univerzity vědy a technologie demonstroval základní mechanismus pomocí optické mřížky.pratt.duke+3

"Toto jsou tři platformy, které vedou v oblasti kvantového počítání, takže je to dobrý benchmark a srovnání pro kvantovou komunitu," řekl Monroe.eurekalert

Pohled do budoucna

Klasické počítačové simulace, které tým prováděl souběžně s kvantovým experimentem, potvrdily jeho přesnost, ale s rostoucí velikostí problémů budou schopny výpočty zvládnout pouze kvantové počítače. "Jako fyzik považuji za neuvěřitelně vzrušující zkoumat podmínky raného vesmíru v počítačovém stroji na atomární úrovni," řekla Zohreh Davoudi, docentka fyziky na Marylandské univerzitě a členka výzkumného týmu. "I ty nejmenší poznatky z fyzikálního modelu mimo rovnováhu nás budou v budoucnu vést".phys+1