Вчені вперше змоделювали Всесвіт на рівні квантової теорії поля

Квантова теорія поля описує всі відомі елементарні частинки як прояви відповідних квантових полів, що взаємодіють між собою через фундаментальні сили – електромагнітну, ядерну, гравітаційну тощо, пояснює 24 Канал. Однак змоделювати ці взаємодії в повному обсязі надзвичайно складно через обмежені обчислювальні можливості.

Класичні та квантові комп’ютери мають бінарну систему представлення даних, що ускладнює створення подібних моделей через необхідність урахування величезної кількості факторів. Хоча квантові комп’ютери краще пристосовані для імітації квантових явищ, навіть вони мають обмежену місткість кубітів.

Вирішенням цієї проблеми стало використання багаторівневих кубітів, або кудитів. Замість звичайних двійкових кубітів, які можуть бути лише у двох станах, кудити мають більшу кількість станів (три, чотири, п’ять і більше). Це дозволяє значно ефективніше кодувати складну поведінку квантових полів. В експерименті австрійські та канадські вчені застосували кудити з п’ятьма окремими станами.

Ще у 2016 році в Університеті Інсбрука проводилися симуляції взаємодії пар частинка-античастинка, але з обмеженням їхнього руху однією прямою лінією. У новому дослідженні вчені вперше змоделювали процеси у двох просторових вимірах, що стало важливим кроком у напрямку до повномасштабного розуміння фундаментальних взаємодій.

Крім поведінки частинок, тепер ми також бачимо магнітні поля між ними, які можуть існувати лише за умови, що рух частинок не обмежений однією віссю. Це наближає нас до глибшого вивчення природи,
– зазначають дослідники.

Однак це лише початок. Наступний етап – моделювання у трьох просторових вимірах та врахування всіх фундаментальних взаємодій, зокрема сильної ядерної взаємодії, яка забезпечує стабільність атомів і залишається однією з найбільших загадок фізики.

Дослідники сподіваються, що завдяки розширенню квантових обчислювальних можливостей можна буде змоделювати ще складніші фізичні процеси.