Ερευνητές από το California Institute of Technology και το University of Washington ανέπτυξαν μια νέα μέθοδο που επιτρέπει σε κβαντικούς υπολογιστές να προετοιμάζουν αποτελεσματικότερα τα αρχικά κυματοπακέτα για προσομοιώσεις συγκρούσεων σωματιδίων.
Η τεχνική δοκιμάστηκε σε κβαντικό επεξεργαστή της IBM με 104 qubits και μπορεί να ανοίξει τον δρόμο για πιο ρεαλιστικές προσομοιώσεις θεμελιωδών φυσικών φαινομένων.
Κβαντικοί υπολογιστές: Η μετατροπή ενέργειας σε μάζα
Στόχος των ερευνητών ήταν να προσομοιώσουν μια σύγκρουση σωματιδίων και να παρατηρήσουν τη μετατροπή μέρους της ενέργειας της σύγκρουσης σε μάζα νέων σωματιδίων, όπως περιγράφεται από τη σχέση του Einstein E = mc².
Η προσομοίωση βασίστηκε σε ένα απλοποιημένο μοντέλο αλληλεπιδράσεων, τη μονοδιάστατη θεωρία πεδίου Ising. Αρχικά δημιουργήθηκαν δύο κυματοπακέτα που κινούνταν το ένα προς το άλλο και στη συνέχεια το σύστημα εξελίχθηκε με κβαντικές πύλες.
«Βρήκαμε μια συντόμευση που χρησιμοποιεί μετρήσεις κατά τη διάρκεια του κυκλώματος και κλασική προώθηση δεδομένων για να δημιουργήσει αυτή τη μεγάλης εμβέλειας διεμπλοκή με σταθερό αριθμό επιπέδων κυκλώματος», δήλωσε ο Roland C. Farrell.
Ενδείξεις δημιουργίας νέου σωματιδίου
Σε χαμηλές ενέργειες, τα δύο ελαφρά σωματίδια συγκρούονταν και απομακρύνονταν χωρίς να δημιουργούνται νέα σωματίδια. Σε υψηλότερες ενέργειες, όμως, ένα από τα ελαφρά σωματίδια μπορούσε να μετατραπεί σε βαρύτερο.
Οι ερευνητές εντόπισαν τη μεταβολή μέσω της κατανομής ενεργειακής πυκνότητας. Η αύξηση της ασυμμετρίας της κατανομής μετά τη σύγκρουση αποτέλεσε ένδειξη ότι είχε δημιουργηθεί βαρύ σωματίδιο.
Προς πιο ρεαλιστικές προσομοιώσεις
Η νέα μέθοδος μπορεί να μειώσει σημαντικά τους απαιτούμενους κβαντικούς πόρους, ιδιαίτερα για προσομοιώσεις σε δύο και τρεις διαστάσεις. Η ομάδα κατάφερε να εξαγάγει σήμα από κυκλώματα με περισσότερες από 5.000 θορυβώδεις διεμπλεκόμενες κβαντικές πύλες, αξιοποιώντας υψηλή πιστότητα πυλών και τεχνικές μετριασμού σφαλμάτων.
«Ο απώτερος στόχος αυτής της έρευνας είναι να δημιουργήσουμε ακριβείς “ταινίες” συγκρούσεων υψηλής ενέργειας μεταξύ ρεαλιστικών σωματιδίων», ανέφερε ο Farrell.
Οι ερευνητές σχεδιάζουν τώρα να επεκτείνουν τις προσομοιώσεις από τη μία στις δύο και τελικά στις τρεις διαστάσεις, με πιο ρεαλιστικά σωματίδια και αλληλεπιδράσεις. Μακροπρόθεσμα, στόχος είναι η προσομοίωση του Καθιερωμένου Προτύπου της σωματιδιακής φυσικής και πιθανών επεκτάσεών του.
