Группа исследователей под руководством преподавателя Института квантовых вычислений (IQC) выполнила первое в истории моделирование барионов - фундаментальных квантовых частиц - на квантовом компьютере. – пишет eurekalert.org.
С новыми результатами команда сделала шаг к более сложному квантовому моделированию, которое позволит ученым изучать нейтронные звезды, узнать больше о самых ранних моментах развития Вселенной и осознать революционный потенциал квантовых компьютеров.
«Это важный шаг вперед - первое моделирование барионов на квантовом компьютере, - сказала Кристин Мушик, преподаватель IQC. - Вместо того, чтобы разбивать частицы в ускорителе, квантовый компьютер однажды может позволить нам моделировать эти взаимодействия, которые мы используем для изучения происхождения Вселенной и многого другого».
Кристин Мушик, также профессор физики и астрономии в Университете Ватерлоо и доцент Института Периметра, возглавляет Группу квантовых взаимодействий, которая изучает квантовое моделирование решеточных калибровочных теорий. Эти теории являются описанием физики реальности, включая Стандартную модель физики элементарных частиц. Чем более инклюзивна калибровочная теория полей, сил, частиц, пространственных измерений и других параметров, тем она сложнее и тем труднее моделировать классический суперкомпьютер.
Неабелевы калибровочные теории - особенно интересные кандидаты для моделирования, потому что они ответственны за стабильность материи в том виде, в каком мы ее знаем. Классические компьютеры могут моделировать неабелеву материю, описанную в этих теориях, но есть важные ситуации, такие как материя с высокой плотностью, которые недоступны для обычных компьютеров. И хотя способность описывать и моделировать неабелеву материю является фундаментальной для описания нашей Вселенной, ни одна из них никогда не моделировалась на квантовом компьютере.
Работая с Рэнди Льюисом из Йоркского университета, команда Мащика в IQC разработала ресурсоэффективный квантовый алгоритм, который позволил им моделировать систему в рамках простой неабелевой калибровочной теории на облачном квантовом компьютере IBM в паре с классическим компьютером.
Этим знаменательным шагом исследователи прокладывают путь к квантовому моделированию калибровочных теорий, выходящих далеко за рамки возможностей и ресурсов даже самых мощных суперкомпьютеров в мире.
«Что нас интересует в этих результатах, так это то, что теорию можно значительно усложнить, - сказал Джинглей Чжан, научный сотрудник IQC и факультета физики и астрономии Университета Ватерлоо. - Мы можем рассмотреть возможность моделирования материи при более высоких плотностях, что выходит за рамки возможностей классических компьютеров».
По мере разработки более мощных квантовых компьютеров и квантовых алгоритмов ученые смогут моделировать физику этих более сложных неабелевых калибровочных теорий и изучать увлекательные явления, недоступные для наших лучших суперкомпьютеров.
Эта революционная демонстрация - важный шаг к новой эре понимания Вселенной на основе квантового моделирования.
Статья «Адроны SU (2) на квантовом компьютере с использованием вариационного подхода» была опубликована в журнале Nature Communications. Это исследование было частично профинансировано Канадским институтом перспективных исследований, а также Первым канадским фондом передового опыта в области научных исследований через Transformative Quantum Technologies.
[Фото: ru.123rf.com/profile_graphicwithart/]
