L’ordinateur quantique d’IBM simule la hadronisation pour la première fois

Un physicien du Lawrence Berkeley National Laboratory a utilisé un ordinateur quantique d'IBM International Business Machines Corporation pour simuler la hadronisation — le processus par lequel les quarks se lient ensemble par l'interaction forte pour former des particules composites telles que les protons et les neutrons — marquant une étape vers des calculs quantiques qui pourraient un jour surpasser les superordinateurs classiques dans la modélisation du monde subatomique.

Combler le fossé en physique des particules

Anthony Ciavarella, le chercheur du Berkeley Lab qui a dirigé le projet, a accédé à distance à un processeur Heron sur la plateforme IBM Quantum via le programme d'utilisateurs d'ordinateurs quantiques du Oak Ridge National Laboratory, exploitant 104 de ses 156 qubits pour simuler la rupture de cordes de gluons dans une dimension spatiale. Les résultats, publiés dans Physical Review D, correspondent aux calculs précédents effectués sur des superordinateurs classiques.olcf.ornl+2

La hadronisation est essentielle pour comprendre ce qui se passe à l'intérieur des collisionneurs de particules comme le Grand collisionneur de hadrons du CERN, où les protons entrent en collision à une vitesse proche de celle de la lumière. Les quarks et antiquarks résultants subissent une hadronisation trop rapide pour être observés directement, ce qui rend les simulations informatiques essentielles pour combler les lacunes observationnelles.ornl+1

"En principe, nous connaissons la théorie qui décrit la hadronisation, mais nous sommes incapables de faire des prédictions en l'utilisant car les calculs ont été trop difficiles pour un ordinateur classique", a déclaré Ciavarella. "Sur un ordinateur quantique, nous devrions être en mesure de faire directement des prédictions sur les détails de la façon dont la hadronisation se produit, ce qui aidera dans les recherches de nouvelle physique effectuées dans des collisionneurs tels que le LHC."phys+1

Un modèle simplifié avec des ambitions plus larges

Ciavarella a utilisé plusieurs simplifications pour rendre le calcul réalisable sur le matériel actuel : une limite de quark lourd, un modèle spatial unidimensionnel et une technique qu'il a co-développée appelée "solveur quantique variationnel concurrent à circuit évolutif" pour préparer les qubits dans un état de vide stable. Une découverte notable reproduite à partir de travaux classiques antérieurs était que le centre de la corde de gluons semble se comporter comme s'il se gazéifiait à une température finie avant de se rompre — une caractéristique qui, si elle est confirmée dans plusieurs modèles, pourrait refléter la chromodynamique quantique réelle.ornl+1

Perspectives d'avenir

Ciavarella prévoit d'ajouter une deuxième dimension spatiale dans ses travaux futurs à mesure que le matériel et les algorithmes quantiques s'amélioreront. Le projet, soutenu par le programme de recherche en informatique scientifique avancée du ministère de l'Énergie, est conçu pour établir les modèles informatiques dont les physiciens auront besoin une fois que des processeurs quantiques plus grands et plus fiables seront disponibles.olcf.ornl+1