Duke-forskere simulerer Big Bang-materie på kvantedatamaskin

Forskere ved Duke Quantum Center har brukt en kvantesimulator med fangede ioner for å observere dynamikken i strengbrudd, en prosess knyttet til dannelsen av materie i de første øyeblikkene etter Big Bang, i en studie publisert onsdag i Nature Physics.eurekalert+1

Eksperimentet emulerer et fenomen fra kvantefeltteorien der to innesperrede fundamentale partikler, forbundet som en stram streng, strekkes fra hverandre helt til den lagrede energien er tilstrekkelig til å spontant produsere nye partikkel-antipartikkel-par. I naturen krever denne prosessen ekstreme forhold som bare finnes ved anlegg som Large Hadron Collider eller i den umiddelbare etterdønningen av Big Bang.eurekalert

Hvordan det fungerer

For å gjenskape effekten kodet teamet en modell for strengbrudd inn i en kjede av 13 fangede ioner og brukte presist kontrollerte laserstråler for å justere interaksjonene mellom dem, noe som etterlignet strekkingen og bruddet i forbindelsen mellom innesperrede ladninger. Ved å forberede systemet i en tilstand utenfor likevekt og spore utviklingen, observerte forskerne fremveksten av effektive ladninger og rekonstruerte den resulterende dynamikken.phys+1

"Kvantedatamaskinsimuleringer gir den beste plattformen for å undersøke komplekse spørsmål som materiedannelse, uten å ha vært vitne til selve Big Bang," sa Christopher Monroe, professor i elektroteknikk, datateknikk og fysikk ved Duke ↘ 1.84%, som ledet forskningen.eurekalert

En tre-plattforms standard

Resultatene fra Duke slutter seg til lignende funn fra team ledet av Google Alphabet Inc. ↘ 3.58% og QuEra Computing, som simulerte strengbrudd på henholdsvis superledende kretser og nøytrale atomplattformer. QuEras team, som jobbet med University of Innsbruck og Harvard, rapporterte den første observasjonen av strengbrudd i en todimensjonal kvantesimulator i en egen Nature-artikkel i fjor. Et ytterligere eksperiment fra en gruppe ved University of Science and Technology of China demonstrerte den underliggende mekanismen ved bruk av et optisk gitter.pratt.duke+3

"Dette er de tre plattformene som leder an innen kvantedatabehandling, så det er en fin standard og sammenligning for kvantemiljøet," sa Monroe.eurekalert

Veien videre

De klassiske datasimuleringene teamet kjørte parallelt med kvanteeksperimentet bekreftet nøyaktigheten, men etter hvert som problemstørrelsene vokser, vil bare kvantedatamaskiner kunne håndtere beregningene. "Som fysiker er det utrolig spennende å undersøke forholdene i det tidlige universet i en datamaskin på atomnivå," sa Zohreh Davoudi, førsteamanuensis i fysikk ved University of Maryland og medlem av forskerteamet. "Selv den minste innsikt fra en fysikkmodell utenfor likevekt vil veilede oss i fremtiden".phys+1