Квантовые компьютеры и моделирование ранней Вселенной: Прорыв с IBM quantum computers
Недавние исследования в области квантовых технологий открывают новые горизонты для понимания процессов, происходивших в ранней Вселенной. Физики использовали квантовый компьютер IBM, чтобы смоделировать рождение частиц в расширяющейся Вселенной, используя всего 4 логических кубита. Это достижение подчеркивает потенциал квантовых вычислений в решении сложных задач, которые недоступны современным классическим компьютерам.
🖥 Квантовые компьютеры и их применение
Квантовые компьютеры находятся на ранней стадии развития, но уже сейчас они способны решать задачи, которые традиционные суперкомпьютеры не могут выполнить. Одним из первых практических применений квантовых вычислений должны были стать симуляции сложных квантовых систем. Исследователи много лет пытаются создать теорию, объединяющую квантовую механику и гравитацию, и хотя это пока не удалось, квантовые компьютеры предоставляют новый способ изучения космических явлений.
🌌Моделирование ранней Вселенной
В рамках исследования ученые разработали математическую модель расширяющегося пространства-времени, чтобы описать, как ведет себя квантовое поле при расширении Вселенной. В отличие от "плоского" пространства Минковского, в расширяющейся Вселенной действуют другие законы. Когда пространство растягивается, даже в вакууме спонтанно рождаются новые частицы. Это явление, по мнению ученых, происходило на ранних этапах существования Вселенной.
Для воссоздания этого процесса исследователи использовали квантовый процессор IBM Eagle. Сначала они создали модель "пустой" Вселенной, а затем разработали схему, показывающую, как система должна меняться со временем. Каждый из четырех кубитов отвечал за одно из возможных состояний поля: отсутствие частиц, появление частицы в одном из двух режимов или в обоих сразу.
✖️Борьба с ошибками
Кубиты, как известно, очень чувствительны к условиям окружающей среды, что приводит к ошибкам в вычислениях. В данной работе физики разработали алгоритм, состоящий из сотен вентилей, чтобы получить нужный результат. Вместо того чтобы пытаться полностью устранить ошибки, они решили предсказывать их. Изучив, как помехи влияют на результаты вычислений, физики математически определили, какими были бы результаты в идеальных условиях.
📉Результаты исследования
Моделирование подтвердило теоретические предсказания о рождении частиц в расширяющейся Вселенной. Хотя результаты оказались более "шумными", чем в теории, эксперимент продемонстрировал, что такие сложные космологические процессы можно изучать на квантовых компьютерах. Метод борьбы с ошибками значительно улучшил точность результатов, что открывает новые возможности для дальнейших исследований.
Результаты работы были опубликованы в журнале Scientific Reports и впервые демонстрируют возможности цифрового квантового моделирования теории поля в искривленном пространстве-времени. Это достижение не только подчеркивает потенциал квантовых технологий, но и открывает новые горизонты для изучения фундаментальных вопросов о природе Вселенной.
Квантовые компьютеры становятся важным инструментом для физиков, стремящихся понять сложные процессы, происходившие в ранней Вселенной. Исследования в этой области продолжают развиваться, и мы с нетерпением ждем новых открытий, которые могут изменить наше представление о космосе и его законах.
