Quantum Computer Kan Het Begin Van Het Universum Simuleren

{h1}

Wetenschappers hebben voor het eerst een geavanceerde machine gemaakt die bekend staat als een kwantumcomputer en spookachtige deeltjes simuleert die in en uit het bestaan ​​fluctueren.

Kwantummechanica suggereert dat schijnbaar lege ruimte eigenlijk is gevuld met spookachtige deeltjes die in en uit het bestaan ​​fluctueren. En nu hebben wetenschappers voor het eerst een geavanceerde machine gemaakt die bekend staat als een kwantumcomputer en deze zogenaamde virtuele deeltjes simuleert.

Dit onderzoek zou licht kunnen werpen op de momenteel verborgen aspecten van het universum, van de harten van neutronensterren tot de allereerste momenten van het universum na de oerknal, aldus onderzoekers.

De kwantummechanica suggereert dat het universum een ​​wazige, surrealistische plek is op zijn kleinste niveaus. Bijvoorbeeld, atomen en andere deeltjes kunnen bestaan ​​in fluxstaten bekend als superposities, waar ze schijnbaar elk in tegengestelde richtingen tegelijk kunnen draaien, en ze kunnen ook verstrikt raken - wat betekent dat ze elkaar onmiddellijk kunnen beïnvloeden, ongeacht hoe ver van elkaar ze gescheiden zijn. De kwantummechanica suggereert ook dat paren van virtuele deeltjes, elk bestaande uit een deeltje en zijn antideeltje, kunnen knipogen in schijnbaar lege vacuüm en hun omgeving beïnvloeden. [Beyond Higgs: 5 ongrijpbare deeltjes die zich in het heelal kunnen bevinden]

Kwantummechanica ligt ten grondslag aan het standaardmodel van deeltjesfysica, wat momenteel de beste verklaring is voor hoe alle bekende elementaire deeltjes, zoals elektronen en protonen, zich gedragen. Er zijn echter nog steeds veel open vragen met betrekking tot het standaardmodel van deeltjesfysica, zoals of het al dan niet kan helpen bij het verklaren van kosmische mysteries zoals donkere materie en donkere energie - die beide niet direct door astronomen zijn ontdekt, maar zijn afgeleid op basis van op hun zwaartekrachteffecten.

De interacties tussen elementaire deeltjes worden vaak beschreven met wat bekend staat als ijktheorieën. De real-time dynamica van deeltjes in ijktheorieën is echter buitengewoon moeilijk voor conventionele computers om te berekenen, behalve in de eenvoudigste gevallen. Als gevolg hiervan hebben wetenschappers zich in plaats daarvan tot experimentele apparaten gekeerd die bekend staan ​​als quantumcomputers.

"Ons werk is een eerste stap op weg naar het ontwikkelen van specifieke hulpmiddelen die ons kunnen helpen een beter begrip te krijgen van de fundamentele interacties tussen de elementaire bestanddelen in de natuur," zei co-leadauteur Christine Muschik tegen WordsSideKick.com. Muschik is een theoretisch fysicus aan het Instituut voor Quantumoptica en Quantuminformatie van de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen in Innsbruck, Oostenrijk.

Terwijl klassieke computers gegevens weergeven als enen en nullen - binaire cijfers die bekend staan ​​als 'bits', die worden gesymboliseerd door switch-achtige transistors aan of uit te schakelen - quantumcomputers gebruiken quantumbits of qubits, die zich in superposities bevinden, wat inhoudt dat ze aan staan ​​en uit op hetzelfde moment. Hierdoor kan een qubit twee berekeningen tegelijkertijd uitvoeren. In principe zouden kwantumcomputers veel sneller kunnen werken dan gewone computers bij het oplossen van bepaalde problemen, omdat de kwantummachines elke mogelijke oplossing in één keer kunnen analyseren.

In hun nieuwe onderzoek bouwden wetenschappers een kwantumcomputer met behulp van vier elektromagnetisch ingesloten calciumionen. Ze controleerden en manipuleerden deze vier qubits met laserpulsen.

De onderzoekers hebben met hun quantumcomputer het verschijnen en verdwijnen van virtuele deeltjes in een vacuüm gesimuleerd, waarbij paren qubits paren van virtuele deeltjes vertegenwoordigen - in het bijzonder elektronen en positronen, de positief geladen antimaterie-tegenhangers van elektronen. Laserpulsen hebben geholpen simuleren hoe krachtige elektromagnetische velden in een vacuüm virtuele deeltjes kunnen genereren, aldus de wetenschappers.

"Dit is een van de meest complexe experimenten die ooit zijn uitgevoerd in een quantumcomputer met ingesloten ionen", schreef co-auteur Rainer Blatt, een experimentele fysicus van het Institute for Quantum Optics en Quantum Information van de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen in Innsbruck, Oostenrijk, zei in een verklaring.

Dit werk laat zien dat kwantumcomputers hoogenergetische fysica kunnen simuleren - ze laten zien hoe deeltjes zich kunnen gedragen op energieniveaus die veel te hoog zijn om eenvoudig op aarde te worden gegenereerd. "Het veld van experimentele kwantumcomputing groeit erg snel en veel mensen stellen de vraag: waar is een kleinschalige kwantumcomputer goed voor?" studie co-lead auteur Esteban Martinez, een experimenteel natuurkundige aan de Universiteit van Innsbruck in Oostenrijk, vertelde WordsSideKick.com. "In tegenstelling tot andere applicaties heb je geen miljoenen quantumbits nodig om deze simulaties te doen - tientallen zijn misschien genoeg om problemen aan te pakken die we nog niet kunnen aanvallen met behulp van klassieke benaderingen." [Big Bang to Civilization: 10 Amazing Origin Events]

Het probleem dat de onderzoekers hadden met hun quantumsimulatoranalyse was eenvoudig genoeg om door klassieke computers te worden berekend, waaruit bleek dat de resultaten van de kwantumsimulator nauwkeurig met voorspellingen overeenkwamen. Dit suggereert dat kwantumsimulatoren in de toekomst kunnen worden gebruikt voor complexere meet-theorieproblemen en dat de machines zelfs nieuwe verschijnselen kunnen zien.

"Ons proof-of-principle experiment is een eerste stap in de richting van het lange-termijn doel van het ontwikkelen van toekomstige generaties van kwantumsimulators die in staat zullen zijn vragen te beantwoorden die niet anders kunnen worden beantwoord," zei Muschik.

In principe zouden desktop-quantumsimulatoren kunnen helpen bij het modelleren van het soort buitengewoon energieke fysica dat momenteel wordt bestudeerd met behulp van dure atoomsplijpers, zoals de Large Hadron Collider bij CERN.

"Deze twee benaderingen vullen elkaar perfect aan," studeerde co-auteur Peter Zoller, een theoretisch fysicus aan het Instituut voor Quantumoptica en Quantuminformatie van de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen in Innsbruck, zei in een verklaring. "We kunnen de experimenten die met deeltjesversnellers worden gedaan niet vervangen, maar door quantumsimulators te ontwikkelen, kunnen we deze experimenten misschien op een dag beter begrijpen."

"Bovendien kunnen we nieuwe processen bestuderen met behulp van kwantumsimulatie - we hebben bijvoorbeeld in ons experiment ook deeltjesverstrengeling onderzocht die is geproduceerd tijdens het maken van paren, wat niet mogelijk is in een deeltjesnijmachine," zei Blatt in een verklaring.

Uiteindelijk kunnen kwantumsimulatoren onderzoekers helpen bij het simuleren van de dynamiek in de dode sterren die bekend staan ​​als neutronensterren, of 'vragen onderzoeken met betrekking tot interacties bij zeer hoge energieën en hoge dichtheden die de fysica van het vroege universum beschrijven', zei Muschik.

De wetenschappers detailleerden hun bevindingen in het 23-juni nummer van het tijdschrift Nature.

Oorspronkelijk artikel over WordsSideKick.com.


Video Supplement: How Quantum Biology Might Explain Life’s Biggest Questions | Jim Al-Khalili | TED Talks.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com