Ο κβαντικός υπολογιστής της IBM προσομοιώνει για πρώτη φορά την αδρονιοποίηση

Ένας φυσικός στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley χρησιμοποίησε έναν κβαντικό υπολογιστή της International Business Machines Corporation ↗ 0.85% για να προσομοιώσει την αδρονιοποίηση — τη διαδικασία κατά την οποία τα κουάρκ ενώνονται μέσω της ισχυρής πυρηνικής δύναμης για να σχηματίσουν σύνθετα σωματίδια όπως πρωτόνια και νετρόνια — σημειώνοντας ένα βήμα προς κβαντικούς υπολογισμούς που θα μπορούσαν μια μέρα να ξεπεράσουν τους κλασικούς υπερυπολογιστές στη μοντελοποίηση του υποατομικού κόσμου.

Γεφυρώνοντας το χάσμα στη σωματιδιακή φυσική

Ο Anthony Ciavarella, ο ερευνητής του Berkeley Lab που ηγήθηκε του έργου, απέκτησε απομακρυσμένη πρόσβαση σε έναν επεξεργαστή Heron στην κβαντική πλατφόρμα της IBM μέσω του προγράμματος χρηστών κβαντικών υπολογιστών του Εθνικού Εργαστηρίου Oak Ridge, αξιοποιώντας 104 από τα 156 qubits του για να προσομοιώσει το σπάσιμο της χορδής γλουονίων σε μία χωρική διάσταση. Τα αποτελέσματα, που δημοσιεύθηκαν στο Physical Review D, ταυτίζονταν με προηγούμενους υπολογισμούς που είχαν πραγματοποιηθεί σε κλασικούς υπερυπολογιστές.olcf.ornl+2

Η αδρονιοποίηση είναι κεντρικής σημασίας για την κατανόηση του τι συμβαίνει μέσα σε επιταχυντές σωματιδίων όπως ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων του CERN, όπου πρωτόνια συγκρούονται με ταχύτητες κοντά σε αυτή του φωτός. Τα προκύπτοντα κουάρκ και αντικουάρκ υφίστανται αδρονιοποίηση πολύ γρήγορα για να παρατηρηθούν απευθείας, καθιστώντας τις προσομοιώσεις σε υπολογιστή απαραίτητες για την κάλυψη των κενών παρατήρησης.ornl+1

"Κατ' αρχήν, γνωρίζουμε τη θεωρία που περιγράφει την αδρονιοποίηση, αλλά δεν είμαστε σε θέση να κάνουμε προβλέψεις χρησιμοποιώντας την, επειδή οι υπολογισμοί ήταν πολύ δύσκολοι για έναν κλασικό υπολογιστή", δήλωσε ο Ciavarella. "Σε έναν κβαντικό υπολογιστή, θα πρέπει να είμαστε σε θέση να κάνουμε απευθείας προβλέψεις για τις λεπτομέρειες του τρόπου με τον οποίο συμβαίνει η αδρονιοποίηση, κάτι που θα βοηθήσει στις αναζητήσεις για νέα φυσική που πραγματοποιούνται σε επιταχυντές όπως ο LHC."phys+1

Ένα απλοποιημένο μοντέλο με ευρύτερες φιλοδοξίες

Ο Ciavarella χρησιμοποίησε αρκετές απλοποιήσεις για να καταστήσει τον υπολογισμό εφικτό στο τρέχον υλικό: ένα όριο βαρέων κουάρκ, ένα μονοδιάστατο χωρικό μοντέλο και μια τεχνική που συν-ανέπτυξε, η οποία ονομάζεται "κλιμακώσιμος κυκλωματικός σύγχρονος μεταβλητός κβαντικός επιλυτής" για την προετοιμασία των qubits σε μια σταθερή κατάσταση κενού. Ένα αξιοσημείωτο εύρημα που αναπαράχθηκε από προγενέστερη κλασική εργασία ήταν ότι το κέντρο της χορδής γλουονίων φαίνεται να συμπεριφέρεται σαν να αεριοποιείται σε μια πεπερασμένη θερμοκρασία πριν σπάσει — ένα χαρακτηριστικό που, εάν επιβεβαιωθεί σε πολλαπλά μοντέλα, μπορεί να αντικατοπτρίζει την πραγματική κβαντική χρωμοδυναμική.ornl+1

Κοιτάζοντας το μέλλον

Ο Ciavarella σχεδιάζει να προσθέσει μια δεύτερη χωρική διάσταση σε μελλοντική εργασία καθώς το κβαντικό υλικό και οι αλγόριθμοι βελτιώνονται. Το έργο, το οποίο υποστηρίζεται από το πρόγραμμα Προηγμένης Επιστημονικής Υπολογιστικής Έρευνας του Υπουργείου Ενέργειας, έχει σχεδιαστεί για να καθιερώσει τα υπολογιστικά πρότυπα που θα χρειαστούν οι φυσικοί μόλις καταστούν διαθέσιμοι μεγαλύτεροι και πιο αξιόπιστοι κβαντικοί επεξεργαστές.olcf.ornl+1