Kvantiniai kompiuteriai stovi ant naujos dalelių fizikos atradimo slenksčio ()
Kompiuterinės didelės energijos dalelių simuliacijos plečia mūsų žinias apie dalelių susidūrimų metu vykstančias sąveikas.
© „Google Quantum AI“, sukurtas „Sayo Studio“
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Kvantiniai kompiuteriai tampa galingais įrankiais, padedančiais tirti fundamentaliausias – ir sunkiausiai suprantamas – visatos jėgas. Dviejuose eksperimentuose jie panaudoti atverti naują branduolinės ir dalelių fizikos kelią.
„Turime tokį didelį planą galiausiai panaudoti kvantinius skaičiavimus pritaikyti didelės energijos fizikai“, – sako Torsten Zache iš Insbruko universiteto Austrijoje. „Yra tvirtas sutarimas, kad didelio masto kvantiniai kompiuteriai iš tiesų galės išspręsti problemas, kurios kitaip būtų neišsprendžiamos.“
Jis su kolegomis kvantiniu kompiuteriu imitavo, kaip sužadintos dalelės – turinčios daug energijos – elgiasi kvantiniuose laukuose, situacijoje, panašioje į tą, kurią jos patiria dalelių greitintuvuose. Pedram Roushan iš „Google“ ir jo kolegos atliko panašų modeliavimą kitame kvantiniame kompiuteryje.
Jei įprasti kompiuteriai paprastai gali užfiksuoti tik dalelių elgesio momentines nuotraukas, tai naujieji modeliavimai rodo jų elgesį laikui einant, tarsi būtų filmuojamas filmas.
|
Roushan sako, kad viskas prasideda nuo kvantinių laukų, kurie driekiasi erdvėje ir veikia daleles. Jo komanda norėjo imituoti elektromagnetinį lauką, bet kilo papildomas iššūkis užtikrinti, kad imituojamas laukas veiktų ne tik visur, bet ir teisingai paveiktų daleles, kai priartinama tik keletas iš jų.
Roushano ir Zache'o komandos imitavo šios lokalios struktūros versiją, remdamosi supaprastintu dalelių fizikos standartiniu modeliu – mūsų geriausia teorija apie visų dalelių ir jas veikiančių jėgų elgesį.
Zache'as ir jo kolegos naudojo iš lazeriais ir elektromagnetiniais impulsais valdomų itin šaltų atomų pagamintą kvantinį kompiuterį, kurį sukūrė kvantinių skaičiavimų įmonė „QuEra“. komanda dirbo su „Google“ kvantiniu kompiuteriu „Sycamore“, kuriame naudojami maži superlaidūs grandynai.
Abiejų komandų kompiuteriai imitavo dvi daleles kvantiniame lauke, kurios iš pradžių buvo priverstos judėti sinchroniškai, o vėliau atsiskyrė viena nuo kitos. Šiame scenarijuje dalelės elgiasi taip, tarsi būtų sujungtos energijos grandine, kuri vibruoja ir galiausiai nutrūksta. Standartiniame modelyje šis grandinės nutrūkimas yra svarbus kvarkams, kurie sudaro atomų branduolius ir yra sujungti stipriąja sąveika. Tai svarbu ir materijos bei antimaterijos dalelių poroms.
Nors įprasti kompiuteriai gali tiksliai imituoti šiuos reiškinius po vieną arba, kai energijos yra palyginti mažos, – užfiksuoti visą procesą tik labai mažose sistemose. „Dešimtmečius dėmesį skyrėme statinei fizikai, bet kas, jei norite dinamiškos situacijos? Mes ją vizualizavome pirmą kartą“, – sako Roushanas.
Tai, ką jie pamatė, neprieštarauja standartiniam modeliui ir atitinka naujausias tradicines kompiuterines simuliacijas, tačiau, pasak Jad Halimeh iš Miuncheno universiteto Vokietijoje, naudojant tik šiek tiek galingesnį kvantinį kompiuterį, šis darbas patektų į nežinomą teritoriją. Jis teigia, kad nauji eksperimentai kvantinius kompiuterius rikiuojasi greta geriausių tradicinių kompiuterių.
Anthony Ciavarella iš Lawrence Berkeley nacionalinės laboratorijos Kalifornijoje sako, kad kvarkų grandinės nutrūkimas yra sritis, kurioje yra daugiausia atvirų teorinių klausimų, ir dar prieš kelerius metus mokslininkai vos galėjo naudoti kvantinius kompiuterius šiam procesui imituoti.
Tačiau dabar, sako Halimeh, kvantiniai kompiuteriai turėtų tapti „pagrindiniu žaidėju“ siekiant suprasti, kas vyksta dalelių greitintuvų širdyje.
Greitintuve susidurdami labai energingi jonai sukuria dalelių lietų, kuris patenka į detektorius – duomenys yra tarsi paskutiniai filmo kadrai, ir fizikai gali juos naudoti atkurti tai, kas vyko ankstesniuose kadruose. Tačiau kvantiniai kompiuteriai leistų mums pradėti nuo susidūrimo ir suprasti, kas vyksta toliau, sako jis..
„Aš visiškai tikiu šiuo [metodu]“, sako Zache. „Manau, kad galiausiai tai taps labai svarbiu įrankiu.“
Norėdami to pasiekti, mokslininkai turės atlikti simuliacijas didesniuose kvantiniuose kompiuteriuose ir trijose, o ne dviejose erdvės dimensijose. Roushan sako, kad jo komanda dirba su realiais ir ribotais geriausių esamų kvantinių kompiuterių pajėgumais ir kad nėra vieno stebuklingo būdo, kuris padėtų pagreitinti simuliacijas – reikia nuolat tobulinti tiek aparatinę įrangą, tiek simuliacijų programavimo būdus.
Tačiau kol kas, jo teigimu, tokios simuliacijos gali padėti mokslininkams suprasti ne tokias ekstremalias dalelių fizikos sritis, pavyzdžiui, sužadintų dalelių elgesį egzotiškose kvantinėse medžiagose.
Karmela Padavic-Callaghan
www.newscientist.com
Žurnalo nuoroda: Nature DOI: 10.1038/s41586-025-09051-6, DOI: 10.1038/s41586-025-08999-9
