3 Minuten
Kvantinė skalės (gauge) teorijų simuliacija: laboratorinis langas į gamtą
„Google“ kvantinis procesorius buvo panaudotas tiesioginei dalelių dinamikos ir jų siejančių nematomų stygų simuliacijai, pažanga, apie kurią pranešta žurnale Nature. Eksperimentas parodo, kad artimoje perspektyvoje esanti kvantinė aparatūra gali atkartoti pagrindinius elgsenos bruožus, kuriuos prognozuoja skalės (gauge) teorijos — matematiniai rėmai, aprašantys pagrindines jėgas dalelių fizikoje ir kvantinių medžiagų struktūrą. Kreditas: Shutterstock
Mokslinis fonas ir kontekstas
Skalės (gauge) teorijos sudaro pagrindą mūsų sėkmingiausiems gamtos aprašymams, įskaitant elektromagnetizmą ir dalelių fizikos standartinį modelį. Šios teorijos prognozuoja, kad dalelės gali būti sujungtos srauto linijomis arba stygų pavidalo išvirtimais, kurių dinamika lemia suėmimą (confinement), fazinius perėjimus ir kitus sudėtingus reiškinius. Klasikinė tokių sistemų simuliacija dažnai ribojama eksponentiniu masteliavimu, todėl kvantinė simuliacija tampa perspektyviu būdu tiesiogiai tirti šiuos režimus.
Eksperimentas ir metodai
Tyrėjai suprogramavo „Google Quantum AI“ aparatūrą įgyvendinti pritaikytą gardelinį modelį, koduojantį konkrečią skalės teoriją. Paruošę pradines būsenas ir evoliucionuodami jose kvantiniame procesoriuje, komanda stebėjo, kaip laikui bėgant keičiasi dalelės ir jas jungiančios stygos. Eksperimentas apėmė parametrų skenavimus, kurie leidžia reguliuoti stygų įtampą ir sąveikos stiprumą, atskleidžiant stiprių svyravimų, stipraus suėmimo ir stygų lūžimo režimus.
Pagrindiniai techniniai aspektai
- Valdomų kubitų tarpusavio sąveikų naudojimas siekiant imituoti skalės apribojimus
- Laiko rezoliucijos nuskaitymai stygų dinamikos fiksavimui
- Kalibravimas ir klaidų mažinimas, siekiant pagerinti simuliuotos evoliucijos tikslumą
Pagrindiniai atradimai ir reikšmė
Kvantinis procesorius pateikė duomenis, atskleidžiančius stygų dinamikos ženklius požymius, kurie glaudžiai atitinka aukštųjų energijų fizikos teorines prognozes. Svarbu, kad rezultatai parodo, kaip programuojama kvantinė aparatūra gali veikti kaip eksperimentinis poligonas teorijoms, kurios kitaip sunkiai prieinamos tyrimui. Galimos taikymo sritys neapsiriboja dalelių fizika — jos apima ir kvantines medžiagas, kuriose pasireiškia panašios skalės tipo ekscitacijos, taip pat fundamentalius erdvės ir laiko klausimus, išreiškiamus skalės teorijų kalba.
Citatos ir perspektyva
Tyrėjai pabrėžia, kad ši studija yra principo įrodymas. Atkurdamas skalės sąveikas laboratorinėje aplinkoje, mokslininkai įgauna naują įrankį teorinių idėjų tikrinimui ir parametrų režimų tyrimui, kurie yra nepasiekiami klasikinėms simuliacijoms. Tyrimas žymi svarbų žingsnį link kvantinių procesorių panaudojimo atradimams fundamentinėje fizikoje.
Išvados
Šis demonstravimas parodo, kad dabartiniai kvantiniai procesoriai gali simuliuoti esmines skalės teorijų savybes, įskaitant daleles jungiančių stygų dinaminį elgesį. Nors išlieka iššūkiai mastelio didinime ir klaidų valdyme, ši metodika atveria kelią gilesniems dalelių fizikos, kvantinių medžiagų ir visatos matematinių struktūrų tyrimams.
Quelle: sciencedaily
Kommentare