Naukowcy z Wielkiego Zderzacza Hadronów odkryli, że kwarki górne wykazują właściwość zwaną magią, która może się rozwijać obliczenia kwantowe.
Badanie przeprowadzone przez profesorów bliźniaków pokazuje, że poziom magii w kwarkach górnych może decydować o konieczności stosowania komputerów kwantowych w symulacjach.
Odkrycie magii w fizyce cząstek
Braterski duet badawczy odkrył, że kiedy Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) wytwarza kwarki górne – najcięższe znane cząstki podstawowe – regularnie wytwarza właściwość znaną jako magia.
To odkrycie, opublikowane w Przegląd fizyczny Dma konsekwencje dla postępu obliczeń kwantowych, przy czym magia jest miarą opisującą, jak trudno jest obliczyć system kwantowy dla komputera niekwantowego.
Obliczenia kwantowe i LHC
„Im większa magia, tym bardziej potrzebujemy komputerów kwantowych do opisania zachowania” – wyjaśnia profesor Martin White z Wydziału Fizyki, Chemii i Nauk o Ziemi Uniwersytetu w Adelajdzie, który wspólnie kierował badaniami wraz ze swoim bratem bliźniakiem, profesorem Chrisem. White, fizyk z Queen Mary University w Londynie.
„Badanie magicznych właściwości systemów kwantowych generuje znaczący wgląd w rozwój i potencjalne zastosowania komputerów kwantowych”.
Spostrzeżenia ze zderzeń wysokoenergetycznych
LHC to największy i najpotężniejszy akcelerator cząstek na świecie, składający się z 27-kilometrowego pierścienia nadprzewodzących magnesów z szeregiem struktur przyspieszających, przez które dwie wiązki cząstek o wysokiej energii przemieszczają się z prędkością bliską prędkości światła, zanim zderzą się .
Ilość magii wykazywanej przez kwarki górne zależy od szybkości ich poruszania się i kierunku podróży, a wszystko to można zmierzyć za pomocą detektorów ATLAS i CMS obserwujących wyniki zderzeń protonów w LHC.
Postęp w obliczeniach kwantowych
„Badania kwantowe od dawna koncentrują się na splątaniu, czyli miejscu łączenia cząstek; jednak nasza praca nad magią bada, jak dobrze cząstki nadają się do budowy potężnych komputerów kwantowych” – mówi profesor White.
„W eksperymencie ATLAS zaobserwowano już dowody na splątanie kwantowe. Pokazaliśmy, że LHC może również obserwować bardziej złożone wzorce zachowań kwantowych przy najwyższych energiach, jakie dotychczas próbowano przeprowadzać w tego rodzaju eksperymentach”.
Wpływ na technologię kwantową
Przez dziesięciolecia naukowcy dążyli do zbudowania komputerów kwantowych, które wykorzystywałyby prawa mechaniki kwantowej, aby uzyskać znacznie większą moc obliczeniową niż tradycyjne komputery.
Potencjalne korzyści płynące ze stosowania komputerów kwantowych są ogromne i wpływają na takie dziedziny, jak odkrywanie leków i inżynieria materiałowa. Wykorzystanie tej mocy wymaga solidnych i kontrolowanych stanów kwantowych, a magia odgrywa kluczową rolę w osiągnięciu tej kontroli.
„Nasze badania torują drogę do głębszego zrozumienia powiązania między kwantową teorią informacji a fizyką wysokich energii” – mówi profesor White.
„To odkrycie nie dotyczy tylko najcięższych cząstek we wszechświecie, ale także uwolnienia potencjału nowego, rewolucyjnego paradygmatu komputerowego”.
Odniesienie: „Stany magiczne kwarków górnych” autorstwa Chrisa D. White’a i Martina J. White’a, 18 grudnia 2024 r., Przegląd fizyczny D.
DOI: 10.1103/PhysRevD.110.116016
