La computadora cuántica de IBM simula la hadronización por primera vez

Un investigador del Lawrence Berkeley National Laboratory utilizó una computadora cuántica de IBM para simular la hadronización, un proceso clave en la física de partículas.olcf.ornl+1
La simulación modeló cómo las cuerdas de gluones se rompen para formar partículas compuestas como los protones, un proceso demasiado rápido para ser observado directamente en colisionadores.phys
Los resultados publicados en Physical Review D coincidieron con los cálculos clásicos, sentando las bases para futuras ventajas cuánticas en el modelado subatómico.olcf.ornl

Un físico del Lawrence Berkeley National Laboratory ha utilizado una computadora cuántica de IBM International Business Machines Corporation para simular la hadronización —el proceso mediante el cual los quarks se unen a través de la fuerza nuclear fuerte para formar partículas compuestas como protones y neutrones—, marcando un paso hacia cálculos cuánticos que algún día podrían superar a las supercomputadoras clásicas en el modelado del mundo subatómico.

Cerrando la brecha en la física de partículas

Anthony Ciavarella, el científico investigador del Berkeley Lab que dirigió el proyecto, accedió de forma remota a un procesador Heron en la plataforma IBM Quantum a través del Programa de Usuarios de Computadoras Cuánticas del Oak Ridge National Laboratory, aprovechando 104 de sus 156 cúbits para simular la ruptura de cuerdas de gluones en una dimensión espacial. Los resultados, publicados en Physical Review D, coincidieron con cálculos previos realizados en supercomputadoras clásicas.olcf.ornl+2

La hadronización es fundamental para comprender lo que sucede dentro de los colisionadores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, donde los protones chocan a una velocidad cercana a la de la luz. Los quarks y antiquarks resultantes experimentan la hadronización demasiado rápido para ser observados directamente, lo que hace que las simulaciones por computadora sean esenciales para llenar los vacíos de observación.ornl+1

"En principio, conocemos la teoría que describe la hadronización, pero no podemos hacer predicciones utilizándola porque los cálculos han sido demasiado difíciles para una computadora clásica", dijo Ciavarella. "En una computadora cuántica, deberíamos ser capaces de hacer predicciones directas sobre los detalles de cómo ocurre la hadronización, lo que ayudará en las búsquedas de nueva física realizadas en colisionadores como el LHC".phys+1

Un modelo simplificado con ambiciones más amplias

Ciavarella empleó varias simplificaciones para hacer que el cálculo fuera manejable en el hardware actual: un límite de quark pesado, un modelo espacial unidimensional y una técnica que co-desarrolló llamada "solucionador cuántico variacional concurrente de circuito escalable" para preparar los cúbits en un estado de vacío estable. Un hallazgo notable reproducido de trabajos clásicos anteriores fue que el centro de la cuerda de gluones parece comportarse como si se estuviera gasificando a una temperatura finita antes de romperse, una característica que, si se confirma en múltiples modelos, puede reflejar la cromodinámica cuántica real.ornl+1

Mirando hacia el futuro

Ciavarella planea agregar una segunda dimensión espacial en trabajos futuros a medida que mejoren el hardware y los algoritmos cuánticos. El proyecto, apoyado por el programa de Investigación en Computación Científica Avanzada del Departamento de Energía, está diseñado para establecer las plantillas computacionales que los físicos necesitarán una vez que haya procesadores cuánticos más grandes y confiables disponibles.olcf.ornl+1

Fuentes (15)