Equipo de Duke simula la creación de materia del Big Bang en una computadora cuántica

Investigadores del Duke Quantum Center han utilizado un simulador cuántico de iones atrapados para observar la dinámica de ruptura de cuerdas, un proceso vinculado a la creación de materia en los primeros momentos tras el Big Bang, en un estudio publicado el miércoles en Nature Physics.eurekalert+1

El experimento emula un fenómeno de la teoría cuántica de campos en el que dos partículas fundamentales confinadas, conectadas como una cuerda tensa, se separan hasta que la energía almacenada es suficiente para producir espontáneamente nuevos pares de partículas y antipartículas. En la naturaleza, este proceso requiere condiciones extremas que solo se encuentran en instalaciones como el Gran Colisionador de Hadrones o inmediatamente después del Big Bang.eurekalert

Cómo funciona

Para recrear el efecto, el equipo codificó un modelo de ruptura de cuerdas en una cadena de 13 iones atrapados y utilizó rayos láser controlados con precisión para ajustar las interacciones entre ellos, imitando el estiramiento y la ruptura de la conexión entre cargas confinadas. Al preparar el sistema en un estado fuera de equilibrio y rastrear su evolución, los investigadores observaron la aparición de cargas efectivas y reconstruyeron la dinámica resultante.phys+1

"Las simulaciones en computadoras cuánticas proporcionan la mejor plataforma para investigar preguntas complejas como la formación de materia, sin haber presenciado el Big Bang en sí", dijo Christopher Monroe, profesor distinguido presidencial de la familia Gilhuly de Ingeniería Eléctrica e Informática y Física en Duke ↘ 1.84%, quien dirigió la investigación.eurekalert

Un punto de referencia de tres plataformas

Los resultados de Duke se suman a hallazgos similares de equipos liderados por Google Alphabet Inc. ↘ 3.58% y QuEra Computing, que simularon la ruptura de cuerdas en plataformas de circuitos superconductores y átomos neutros, respectivamente. El equipo de QuEra, en colaboración con la Universidad de Innsbruck y Harvard, informó la primera observación de ruptura de cuerdas en un simulador cuántico bidimensional en otro artículo de Nature el año pasado. Un experimento adicional realizado por un grupo de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China demostró el mecanismo subyacente utilizando una red óptica.pratt.duke+3

"Estas son las tres plataformas que lideran la carga en la computación cuántica, por lo que es un buen punto de referencia y comparación para la comunidad cuántica", dijo Monroe.eurekalert

Mirando hacia el futuro

Las simulaciones en computadoras clásicas que el equipo ejecutó junto con el experimento cuántico confirmaron su precisión, pero a medida que el tamaño de los problemas crece, solo las computadoras cuánticas podrán manejar los cálculos. "Como física, es increíblemente emocionante investigar las condiciones del universo temprano en una máquina de computación a nivel atómico", dijo Zohreh Davoudi, profesora asociada de física en la Universidad de Maryland y miembro del equipo de investigación. "Incluso las ideas más leves de un modelo de física fuera de equilibrio nos guiarán en el futuro".phys+1