Квантові комп'ютери IBM моделюють екстремальні стани матерії завдяки зусиллям науковців Вашингтонського університету та Лівермора

Науковці з Вашингтонського університету спільно з фахівцями Ліверморської національної лабораторії імені Лоуренса досягли проривного етапу у сфері квантового моделювання. Вони успішно залучили обчислювальні потужності квантових комп'ютерів від компанії IBM. Ця подія знаменує собою важливий перехід: квантові технології починають застосовуватися для розв'язання фундаментальних проблем сучасної фізики, що раніше вважалося недосяжним.

Ключовим елементом цього досягнення стала розробка та впровадження масштабованих квантових схем. Ці схеми дозволили підготувати початкові умови для симуляції зіткнень частинок. Основна увага була зосереджена на моделюванні сильних взаємодій, які детально описуються у межах Стандартної моделі. Підтвердженням зростаючої складності цього моделювання стало те, що дослідникам вдалося відтворити ключові характеристики ядерної фізики, використовуючи понад 100 кубітів на квантових процесорах IBM.

Класичні суперкомп'ютери, як відомо, стикаються з непереборними труднощами, коли йдеться про розв'язання рівнянь, які регулюють взаємодію частинок у середовищах з високою динамікою або надзвичайною щільністю. Саме тому квантові обчислення набувають статусу незамінного інструменту. Успішне моделювання, що охопило більше сотні кубітів, демонструє здатність подолати бар'єри у формуванні складних початкових станів. Це було однією з найбільших перешкод у попередніх квантових симуляціях.

Вперше в історії дослідники створили масштабовані квантові конфігурації для початкового стану, який є аналогічним тому, що виникає під час зіткнень у прискорювачах частинок. Це є критично важливим кроком для майбутніх динамічних симуляцій, що обіцяють глибше розуміння процесів у надрах матерії.

Застосування квантових алгоритмів відкриває широкі перспективи для моделювання вакуумного стану, що передує зіткненню, а також для вивчення систем з екстремально високою густиною. Команда, що працювала над цим проєктом, змогла використати отримані результати для визначення властивостей вакууму з точністю до одного відсотка. Крім того, вони успішно згенерували імпульси адронів та простежили їхню подальшу еволюцію у часі. Потенціал застосування цих знахідок виходить далеко за межі ядерної фізики, охоплюючи такі сфери, як матеріалознавство та медицина.

Це моделювання, проведене на обладнанні IBM із залученням понад 100 кубітів для аналізу сильних взаємодій у рамках Стандартної моделі, є вагомим кроком уперед. Воно підтверджує життєздатність підходу, який базується на масштабованих схемах, для симуляції екзотичних станів матерії. Дослідження, у якому брали участь такі структури, як IQuS (Інкубатор квантового моделювання) при Вашингтонському університеті, доводить, що ми стоїмо на порозі нової ери в наукових обчисленнях.