IBM kuantum bilgisayarı ilk kez hadronlaşmayı simüle etti

Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'ndan bir fizikçi, kuarkların güçlü nükleer kuvvet aracılığıyla birleşerek proton ve nötron gibi kompozit parçacıklar oluşturduğu süreç olan hadronlaşmayı simüle etmek için bir International Business Machines Corporation kuantum bilgisayarı kullandı. Bu, bir gün atom altı dünyayı modellemede klasik süper bilgisayarları geride bırakabilecek kuantum hesaplamalarına doğru atılmış bir adımdır.

Parçacık Fiziğindeki Boşluğu Doldurmak

Projeyi yöneten Berkeley Laboratuvarı araştırma bilimcisi Anthony Ciavarella, Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'nın Kuantum Bilgisayar Kullanıcı Programı aracılığıyla IBM Kuantum Platformu'ndaki bir Heron işlemcisine uzaktan erişti ve 156 kübitinden 104'ünü tek bir uzamsal boyutta gluon iplikçik kopmasını simüle etmek için kullandı. Physical Review D'de yayınlanan sonuçlar, klasik süper bilgisayarlarda gerçekleştirilen önceki hesaplamalarla eşleşti.olcf.ornl+2

Hadronlaşma, protonların ışık hızına yakın bir hızda çarpıştığı CERN'in Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi parçacık hızlandırıcılarının içinde neler olduğunu anlamak için merkezidir. Ortaya çıkan kuarklar ve antikuarklar, doğrudan gözlemlenemeyecek kadar hızlı bir şekilde hadronlaşmaya uğrar, bu da bilgisayar simülasyonlarını gözlemsel boşlukları doldurmak için gerekli kılar.ornl+1

Ciavarella, "Prensipte hadronlaşmayı tanımlayan teoriyi biliyoruz, ancak hesaplamalar klasik bir bilgisayar için çok zor olduğundan bunu kullanarak tahminlerde bulunamıyoruz," dedi. "Bir kuantum bilgisayarda, hadronlaşmanın nasıl gerçekleştiğinin ayrıntıları için doğrudan tahminlerde bulunabilmeliyiz, bu da LHC gibi hızlandırıcılarda gerçekleştirilen yeni fizik arayışlarına yardımcı olacaktır."phys+1

Daha Geniş Hedeflere Sahip Basitleştirilmiş Bir Model

Ciavarella, hesaplamayı mevcut donanımda uygulanabilir kılmak için birkaç basitleştirme kullandı: ağır kuark limiti, tek boyutlu bir uzamsal model ve kübitleri kararlı bir vakum durumunda hazırlamak için ortaklaşa geliştirdiği "ölçeklenebilir devre eşzamanlı varyasyonel kuantum çözücü" adlı bir teknik. Önceki klasik çalışmalardan yeniden üretilen dikkate değer bir bulgu, gluon iplikçiğinin merkezinin, kopmadan önce sonlu bir sıcaklıkta gazlaşıyormuş gibi davrandığıydı; bu özellik, birden fazla modelde doğrulanırsa, gerçek kuantum renk dinamiğini yansıtabilir.ornl+1

Geleceğe Bakış

Ciavarella, kuantum donanımı ve algoritmaları geliştikçe gelecekteki çalışmalarda ikinci bir uzamsal boyut eklemeyi planlıyor. Enerji Bakanlığı'nın İleri Bilimsel Hesaplama Araştırmaları programı tarafından desteklenen proje, daha büyük ve daha güvenilir kuantum işlemciler kullanıma sunulduğunda fizikçilerin ihtiyaç duyacağı hesaplama şablonlarını oluşturmak için tasarlandı.olcf.ornl+1