Ученые наблюдают «танец» частиц с новым квантовым компьютером

Ученые из Инсбрукского университета в Австрии и Университета Ватерлоо в Канаде сделали важное открытие: им удалось смоделировать квантовую теорию поля в более чем одном пространственном измерении. Это значит, что теперь мы обладаем инструментом для более глубокого понимания того, как взаимодействуют элементарные частицы, и это было невозможно даже для самых мощных суперкомпьютеров.

Квантовая теория поля — это тот фундамент, где описывается, как частицы взаимодействуют друг с другом через различные силы. Но вот в чем дело: вычисления в этой области оказывались настоящим испытанием для традиционных компьютеров из-за огромной сложности. Проблема заключается в том, что квантовые поля могут иметь множество состояний и направлений, что никак не укладывается в привычную нам бинарную систему с нулем и единицей.

И тут на помощь пришли ученые с их инновационным решением: они применили кудитовый квантовый компьютер (qudit), который, в отличие от стандартного кубитового (qubit), может хранить до пяти различных состояний. Это значительно упрощает моделирование сложных квантовых процессов. Ведущий автор исследования, Михаэль Мет, отметил: «Наш подход позволяет естественным образом представлять квантовые поля, что значительно повышает эффективность вычислений».

Это не первое достижение команды из Инсбрука. В 2016 году они продемонстрировали создание пар частица-античастица, но тогда могли работать только в одном измерении. Теперь же ученые расширили горизонты и смогли смоделировать процессы в двух измерениях, включая возникновение магнитных полей. Это шаг к более реальной физике и пониманию фундаментальных взаимодействий.

Кристина Мушик из Университета Ватерлоо подчеркивает важность этих результатов: «Это важный шаг для понимания фундаментальных взаимодействий частиц». Но на этом исследование не останавливается. С добавлением всего нескольких дополнительных кудитов, ученые надеются взять под контроль моделирование трехмерных процессов и даже того самого сильного ядерного взаимодействия, которое удерживает атомные ядра вместе и считается одной из главных загадок современной физики. Ранее ученые задумались о том, действительно ли протон может быть вечным.