Квантовый симулятор в Дареме воспроизвёл разрыв струны с рождением частиц

Учёные Центра квантовых технологий Дьюкского университета в Дареме впервые зафиксировали на квантовом симуляторе процесс разрыва струны, сопровождающийся образованием пар частица–античастица. Результаты эксперимента опубликованы 23 сентября в журнале Nature Physics. Об этом сообщает издание Togliatti24.

Эксперимент показал, что квантовые компьютеры на захваченных ионах способны моделировать фундаментальные физические процессы. Профессор Кристофер Монро отметил: «Квантовые компьютерные симуляции предоставляют отличную платформу для изучения сложных вопросов, связанных с образованием материи, если не учитывать возможность наблюдения самого Большого взрыва».

Модель описывает ситуацию, когда связанные элементы материи удаляются друг от друга. При растяжении связи накапливается энергия, и при достижении порога рождаются новые частицы. Кварки — основные составляющие протонов и нейтронов — в свободном состоянии не наблюдаются, их связь можно представить как натянутую струну между заряженными частицами.

Учёные воспроизвели динамику на цепочке из 13 захваченных ионов, управляя взаимодействием лазерными импульсами. Сначала систему вывели из равновесия, затем отслеживали изменения во времени. Это позволило выявить эффективные заряды и восстановить процесс разрыва струны. Расчёты на классическом компьютере подтвердили результаты.

В международную группу вошли специалисты из Дьюкского университета, Университета Мэриленда, Оксфордского университета, Калифорнийского технологического института, Корнеллского университета и KU Leuven. Похожие модели недавно воспроизвели команды Google и QuEra Computing на сверхпроводящих схемах и нейтральных атомах. Монро подчеркнул: «Это три платформы, которые сейчас лидируют в квантовых вычислениях, поэтому результат стал хорошим ориентиром и возможностью для сравнения в квантовом сообществе».

Авторы ожидают, что с ростом масштаба экспериментов квантовые компьютеры смогут решать задачи, недоступные классическим машинам, включая изучение ранней Вселенной. Доцент физики Университета Мэриленда Зохре Давуди добавила: «Как физику, мне невероятно интересно исследовать условия ранней Вселенной с помощью вычислительной машины атомного уровня». Исследование поддержали Министерство энергетики США, Национальный научный фонд, Управление научных исследований ВВС США, Агентство передовых оборонных исследовательских проектов и Amazon Web Services. Об этом сообщает сайт Самара онлайн 24.