Квантовый компьютер смоделировал столкновение частиц в партонном ливне

Группа исследователей из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли использовала квантовый компьютер для успешного моделирования аспекта столкновений частиц, которым обычно пренебрегают в экспериментах по физике высоких энергий, таких как те, которые происходят в Большом адронном коллайдере ЦЕРН.

Разработанный ими квантовый алгоритм учитывает сложность партонных ливней, которые представляют собой сложные всплески частиц, возникающие в результате столкновений, включающих процессы образования и распада частиц. Классические алгоритмы, обычно используемые для моделирования партонных потоков, такие как популярные алгоритмы Монте-Карло с цепью Маркова, не учитывают несколько квантовых эффектов.

Новый подход объединяет квантовые и классические вычисления: он использует квантовое решение только для той части столкновений частиц, которая не может быть решена с помощью классических вычислений, и использует классические вычисления для решения всех других аспектов столкновений частиц.

Исследователи построили так называемую игрушечную модель — упрощенную теорию, которую можно запустить на реальном квантовом компьютере, но при этом она будет иметь достаточно сложный характер, который не позволяет моделировать ее с использованием классических методов.

«Квантовый алгоритм вычисляет все возможные результаты одновременно, а затем выбирает один. По мере того, как данные становятся все более и более точными, наши теоретические прогнозы тоже должны становиться таковыми. И в какой-то момент эти квантовые эффекты становятся достаточно большими, чтобы они действительно имели значение, и их необходимо учитывать».

Кристиан Бауэр, руководитель теоретической группы и главный исследователь квантовых вычислений в лаборатории Беркли

При построении своего квантового алгоритма исследователи учли различные процессы и результаты частиц, которые могут происходить в партонном ливне, учитывая состояние частицы, историю эмиссии частиц, происходили ли эмиссии до этого и количество частиц, произведенных в ливне, включая отдельные подсчеты для бозонов и для двух типов фермионов. Квантовый компьютер вычислял эти истории одновременно и суммировал все возможные истории на каждом промежуточном этапе.

Исследовательская группа использовала микросхему IBM Q Johannesburg — квантовый компьютер с 20 кубитами. Каждый кубит или квантовый бит может представлять ноль, единицу и состояние так называемой суперпозиции, в которой он представляет одновременно ноль и единицу. Эта суперпозиция делает кубиты уникально мощными по сравнению со стандартными вычислительными битами, которые могут представлять ноль или единицу.

Исследователи построили четырехступенчатую схему квантового компьютера с использованием пяти кубитов, а алгоритм требует 48 операций. Исследователи отметили, что причиной различий в результатах с квантовым симулятором, скорее всего, является шум в квантовом компьютере.

Хотя новаторские усилия команды по применению квантовых вычислений к упрощенной части данных коллайдера частиц являются многообещающими, исследователи не обещают, что квантовые компьютеры окажут большое влияние на область физики высоких энергий в течение нескольких лет, по крайней мере, до того как оборудование улучшится. По мере совершенствования аппаратного обеспечения в квантовом алгоритме можно будет учитывать больше типов бозонов и фермионов, что повысит его точность.

Читать еще:

Аборты и наука: что будет с детьми, которых родят.

Самый большой в мире айсберг разрушился, осколки устремились на север. Это опасно?

В Корее создали солнечную панель, которую можно свернуть в рулон.

Посмотрите на изображение Марса из 8 триллионов пикселей.

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Найден необычный способ бороться с хроническим стрессом
Наука
Посмотрите на самый редкий торнадо, который пронесся над США
Наука
Над Землей пролетел астероид, который вращался быстрее всех остальных
Космос
Ученые показали лицо женщины, которая жила 75 000 лет назад
Наука
Анализ генов показал, как древние водоросли вышли на поверхность планеты
Наука
Древняя технология поможет вырастить растения на Марсе, считают ученые
Космос
Физики из MIT добились рекордной близости между атомами для квантовых исследований
Наука
В Германии на ветряную электростанцию впервые установили деревянные лопасти
Новости
Инженеры разработали искусственную пиявку для безболезненного забора крови у детей
Наука
Solar Orbiter запечатлел «пушистую» корону Солнца в завораживающих деталях
Космос
Китай отправляет миссию на обратную сторону Луны: как смотреть онлайн
Космос
ИИ нашел асимметрию материи и антиматерии на Большом адронном коллайдере
Наука
TikTok вернулся в Россию? Что известно прямо сейчас
Новости
В Японии разработали устройство 6G, которое передает данные со скоростью 100 Гбит/с
Новости
Климатологи объяснили формирование в Антарктиде полыньи размером с Чехию
Наука
Частые кризисы повысили способность человечества выживать
Наука
Физики наблюдали кота Шредингера — превращение атомов из частиц в волну
Наука
Найдена самая глубокая дыра в мире
Наука
«Вышка» заряжает карьеру в IT
Технологии
Ученые создали клей, который работает как паутина Человека-паука (почти)
Наука