3 دقیقه
شبیهسازی کوانتومی نظریههای گِیج: پنجره‌ای آزمایشگاهی به طبیعت
پردازندهٔ کوانتومی گوگل برای شبیهسازی مستقیم دینامیک ذرات و رشتههای نامرئی که آنها را به هم پیوند میدهد به‌کار رفته است؛ پیشرفتی که در نشریهٔ Nature گزارش شده است. این آزمایش نشان میدهد که سختافزار کوانتومی نزدیک‌مدت می‌تواند رفتارهای کلیدی پیش‌بینی‌شده توسط نظریههای گِیج را بازتولید کند — چارچوبهای ریاضیای که نیروهای بنیادی در فیزیک ذرات و ساختار مواد کوانتومی را توصیف میکنند. اعتبار: Shutterstock
زمینهٔ علمی و زمینهٔ تحقیق
نظریههای گِیج زیربنای موفق‌ترین توصیف‌های ما از جهان هستند، از جمله الکترومغناطیس و مدل استاندارد فیزیک ذرات. این نظریه‌ها پیش‌بینی میکنند که ذرات میتوانند به‌وسیلهٔ خطوط شار یا برانگیختگیهای شبیه رشته به هم متصل شوند که دینامیک آنها عاملِ پدیده‌هایی چون بندشدگی، گذارهای فازی و دیگر رفتارهای پیچیده است. شبیهسازی کلاسیک چنین سیستم‌هایی اغلب به‌دلیل رشد نماییِ محاسبات محدود می‌شود؛ به همین دلیل شبیهسازی کوانتومی بهعنوان مسیری امیدبخش برای بررسی مستقیم این رژیم‌ها مطرح شده است.
آزمایش و روش‌ها
پژوهشگران سختافزار Google Quantum AI را برنامهریزی کردند تا یک مدل شبکهای سفارشی را پیاده‌سازی کند که یک نظریهٔ گِیج مشخص را رمزگذاری می‌کند. با آماده‌سازی حالتهای اولیه و تکامل آنها روی پردازندهٔ کوانتومی، تیم مشاهده کرد چگونه ذرات و رشتههای متصلکنندهٔ آنها در طول زمان تغییر میکنند. این آزمایش شامل پیمایش پارامترها بود که تنش رشته و قدرت برهم‌کنش را عملاً تنظیم میکرد و رژیم‌هایی با نوسانات قوی، بندشدگی محکم و شکستن رشته را آشکار ساخت.
.avif)
نکات فنی کلیدی
- استفاده از برهم‌کنش‌های کنترل‌شدهٔ کیوبیت برای شبیهسازی قیود گِیج
- اندازه‌گیری‌های زمانی برای ثبت رفتار دینامیکی رشتهها
- کالیبراسیون و کاهش خطا برای افزایش وفاداری تکامل شبیه‌سازی‌شده
کشفیات و پیامدها
پردازندهٔ کوانتومی داده‌هایی تولید کرد که نشان‌دهندهٔ نشانه‌های بارز دینامیک رشتهها است و آنها را به‌طور نزدیک با پیش‌بینی‌های نظریه‌ای در فیزیک پرانرژی مطابقت میدهد. به‌طور مهم، نتایج نشان میدهد چگونه سختافزار برنامهپذیر کوانتومی می‌تواند بهعنوان یک بستر آزمایشی برای نظریه‌هایی عمل کند که در غیر این صورت دشوار است مورد کاوش قرار گیرند. کاربردهای بالقوه فراتر از فیزیک ذرات است و شامل مواد کوانتومی می‌شود، جایی که برانگیختگیهای مشابهِ شبیه گِیج ظاهر می‌شوند، و نیز پرسشهای بنیادین دربارهٔ فضا و زمان که در زبان نظریههای گِیج مطرح می‌شوند.
نقل‌قول‌ها و دیدگاه
پژوهشگران درگیر تأکید میکنند که این کار یک اثباتِ اصل است. با بازسازی برهم‌کنش‌های گِیج در محیط آزمایشگاهی، دانشمندان ابزاری جدید برای آزمون ایده‌های نظری و کاوش در رژیم‌های پارامتری که برای شبیهسازی کلاسیک در دسترس نیستند، به‌دست می‌آورند. این مطالعه گامی مهم به‌سوی استفاده از پردازندههای کوانتومی برای کشف در فیزیک بنیادی محسوب می‌شود.
نتیجه‌گیری
این نمایش نشان میدهد که پردازندههای کوانتومی فعلی میتوانند ویژگی‌های اساسی نظریههای گِیج، از جمله رفتار دینامیکی رشته‌هایی که ذرات را به هم وصل میکنند، را شبیهسازی کنند. در حالی که چالش‌هایی در مقیاسپذیری و کنترل خطا باقی است، این رویکرد راهی را برای کاوش‌های عمیق‌تر در فیزیک ذرات، مواد کوانتومی و بافت ریاضیِ جهان می‌گشاید.
منبع: sciencedaily
.avif)
نظرات