Fizycy odkryli fascynujące powiązanie między Wielkim Zderzaczem Hadronów a obliczenia kwantowe. Odkryli, że kwarki najwyższe powstające w LHC wykazują właściwość zwaną „magią”, niezbędną w obliczeniach kwantowych.
To odkrycie może zrewolucjonizować nasze rozumienie mechaniki kwantowej i jej zastosowań, wypełniając lukę między teorią kwantową a fizyką cząstek elementarnych.
Obliczenia kwantowe i moc „magii”
Profesor Chris White z Queen Mary University w Londynie i jego brat bliźniak, profesor Martin White z Uniwersytetu w Adelajdzie, odkryli zaskakujący związek między Wielkim Zderzaczem Hadronów (LHC) a postępem obliczeń kwantowych.
Komputery kwantowe, które wykorzystują dziwne zasady mechaniki kwantowej, od dawna są postrzegane jako klucz do przekroczenia możliwości tradycyjnych komputerów. Najważniejszym elementem ich potencjału jest niedawno zidentyfikowana właściwość znana jako „magia”, kluczowy, ale zagadkowy czynnik w budowie tych potężnych maszyn. Pomimo swojego znaczenia, jak wygenerować i ulepszyć tę „magię”, pozostaje zagadką.
W przypadku dowolnego układu kwantowego magia jest miarą, która mówi nam, jak trudno jest wykonać obliczenia na komputerze niekwantowym. Im wyższa magia, tym bardziej potrzebujemy komputerów kwantowych do opisania zachowania. Badanie magicznych właściwości układów kwantowych pozwala uzyskać głęboki wgląd w rozwój i wykorzystanie komputerów kwantowych.
Najważniejsze kwarki w Wielkim Zderzaczu Hadronów
To nowe badanie, opublikowane w Przegląd fizyczny Dpokazuje po raz pierwszy, że LHC rutynowo wytwarza „magię”. Badając zachowanie kwarków górnych, najcięższych znanych cząstek podstawowych, wytwarzanych w LHC, naukowcy przewidzieli, że „magiczne kwarki górne” będą powstawać bardzo często.
Co ciekawe, ilość „magii” wykazywanej przez te 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.
Implikacje dla technologii kwantowej
Odkrycie to niesie ze sobą istotne implikacje dla zrozumienia i potencjalnego udoskonalenia magii w innych układach kwantowych. „Chociaż splątanie, w którym cząstki łączą się, jest głównym przedmiotem badań kwantowych” – wyjaśnia profesor Chris White, „w naszej pracy badamy koncepcję „magii” w kwarkach górnych, która zasadniczo mierzy, jak dobrze cząstki nadają się do budowania potężnych komputery kwantowe.”
Profesor Martin White dodaje: „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”.
Potencjalne korzyści płynące ze stosowania komputerów kwantowych są ogromne i wpływają na takie dziedziny, jak odkrywanie leków i inżynieria materiałowa. Jednak wykorzystanie tej mocy wymaga solidnych i kontrolowanych stanów kwantowych, a „magia” odgrywa kluczową rolę w osiągnięciu tej kontroli.
LHC jako platforma badań kwantowych
Badania braci White torują drogę do głębszego zrozumienia powiązania między kwantową teorią informacji a fizyką wysokich energii. „Badając „magię” w produkcji kwarków górnych” – mówi profesor Chris White – „tworzymy nowy pomost między tymi dwoma ekscytującymi obszarami fizyki”. Co więcej, badania te podkreślają potencjał LHC jako wyjątkowej platformy do odkrywania granic teorii kwantowej.
To odkrycie nie dotyczy tylko najcięższych cząstek we wszechświecie; chodzi o uwolnienie potencjału nowego, rewolucyjnego paradygmatu komputerowego.
Więcej informacji na temat tego odkrycia można znaleźć w artykule Naukowcy odkryli magię w Wielkim Zderzaczu Hadronów.
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
