Start IT/Tech Quantum Machine bietet einen Einblick in das ‚Tanz‘ von kosmischen Blasen

Quantum Machine bietet einen Einblick in das ‚Tanz‘ von kosmischen Blasen

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Physiker haben eine bahnbrechende Simulation durchgeführt.

Pionierforschung in der Quantenfeldtheorie vor etwa 50 Jahren schlug vor, dass das Universum in einem falschen Vakuum gefangen sein könnte – was bedeutet, dass es stabil erscheint, aber tatsächlich kurz vor dem Übergang zu einem noch stabileren, echten Vakuumzustand stehen könnte. Während dieser Prozess einen katastrophalen Wandel in der Struktur des Universums auslösen könnte, sind sich Experten einig, dass die Vorhersage der Zeitleiste eine Herausforderung darstellt, aber es ist wahrscheinlich, dass er über einen astronomisch langen Zeitraum auftritt und möglicherweise Millionen von Jahren überschreitet.

In einer internationalen Zusammenarbeit zwischen drei Forschungsinstitutionen gewann der Team wertvolle Einblicke in den falschen Vakuumabfall – ein Prozess, der mit den Ursprüngen des Kosmos und dem Verhalten von Partikeln auf der kleinsten Ebene verbunden ist. Die Zusammenarbeit wurde von Professor Zlatko Papic von der University of Leeds und Dr. Jaka Vodeb von Forschungszentrum Jülich, Deutschland, geleitet.

Der leitende Autor des Papiers Professor Papic, Professor für theoretische Physik an der Schule für Physik und Astronomie bei Leeds, sagte: „Wir sprechen von einem Prozess, durch den das Universum seine Struktur vollständig verändern würde. Die grundlegenden Konstanten könnten sich sofort ändern und die Welt Wie wir wissen, würde es wie ein Kartenhaus zusammenbrechen.

Die Forscher sagen, dass diese Arbeit einen bedeutenden Schritt vorwärts im Verständnis der Quantendynamik darstellt und aufregende Möglichkeiten für die Zukunft des Quantencomputers und ihres Potenzials für die Untersuchung einiger der schwierigsten Probleme in Bezug auf die grundlegende Physik des Universums bietet.

Simulation eines kosmischen Rätsels

Die Forschung der Universität Leeds, Forschungszentrum Jülich und das Institute of Science and Technology Österreich (ISTA) wollten das Schlüsselpuzzle des falschen Vakuumverfalls – den dahinter liegenden Mechanismus dahinter – verstehen. Sie verwendeten einen 5564-Qubit-Quanten-Annealer, eine Art Quantenmaschine, die von D-Wave Quantum Inc. entwickelt wurde, um komplexe Optimierungsprobleme zu lösen. -Mechanische Systeme.

In dem heute veröffentlichten Papier (04.04.2025) in Nature Physics erklärt das Team, wie sie die Maschine verwendet haben, um das Verhalten von Blasen in einem falschen Vakuum nachzuahmen. Diese Blasen ähneln flüssigen Blasen, die sich in Wasserdampf bilden und unterhalb des Taupunkts abgekühlt sind. Es wird davon ausgegangen, dass die Bildung, Wechselwirkung und Ausbreitung dieser Blasen der Auslöser für den falschen Vakuumverfall wären.

Co-Autor Dr. Jean-Yves Desaules, Postdoktorandin bei ISTA, der an der Universität von Leeds promovierte, sagte: „Dieses Phänomen ist vergleichbar mit einer Achterbahnfahrt, die mehrere Täler entlang seiner Flugbahn hat, aber nur einen“ wahren „niedrigsten Zustand“. , auf dem Boden.

„Wenn dies tatsächlich der Fall ist, würde die Quantenmechanik es dem Universum ermöglichen, schließlich auf den niedrigsten Energiezustand oder das“ wahre „Vakuum zu tunneln, und dieser Prozess würde zu einem katastrophen globalen Ereignis führen.“

Mit dem Quantenbewerber konnten Wissenschaftler den komplizierten „Tanz“ der Blasen beobachten, bei dem sie in Echtzeit bilden, wachsen und interagieren. Diese Beobachtungen zeigten, dass die Dynamik keine isolierten Ereignisse sind – sie beinhalten komplexe Wechselwirkungen, einschließlich der Art und Weise, wie kleinere Blasen größere beeinflussen können. Das Team sagt, dass ihre Ergebnisse neue Einblicke in die Art und Weise geben, wie solche Übergänge kurz nach dem Urknall aufgetreten sein könnten.

Der erste Autor der Zeitung, Dr. Vodeb, Postdoktorandforscher bei Jülich, sagte: „Durch die Nutzung der Fähigkeiten eines großen Quantenbewerber Methoden. „

Neue Ära der Quantensimulation

Physiker haben lange gefragt, ob der falsche Vakuumverfallsprozess passieren könnte und wie lange es dauern würde. Aufgrund der unhandlichen mathematischen Natur der Quantenfeldtheorie haben sie jedoch kaum Fortschritte bei der Suche nach Antworten erzielt.

Anstatt zu versuchen, diese komplexen Probleme zu knacken, machte sich das Team auf den Weg, um einfachere zu beantworten, die mit neu verfügbaren Geräten und Hardware untersucht werden können. Es wird angenommen, dass es sich um einen der ersten Maler handelte, die die Dynamik des falschen Vakuumverfalls in einem so großen Maßstab direkt simulieren und beobachten konnten.

Das Experiment umfasste die Platzierung von 5564 Qubits – die elementaren Bausteine ​​des Quantum Computing – in bestimmte Konfigurationen, die das falsche Vakuum darstellen. Durch die sorgfältige Kontrolle des Systems konnten die Forscher den Übergang von False zu True Vakuum auslösen und die Bildung der Blasen widerspiegeln, wie durch falsche Vakuum -Zerfallstheorie beschrieben. Die Studie verwendete ein eindimensionales Modell, aber es wird angenommen, dass 3D-Versionen für denselben Annealer möglich sein werden. Die D-Wave-Maschine ist in Juniq integriert, die Jüloich Unified Infrastructure für Quantencomputer im Jüloich Supercomputing Center. Juniq bietet Wissenschafts- und Branchenzugang zu hochmodernen Quantencomputergeräten.

Professor Papic sagte: „Wir versuchen, Systeme zu entwickeln, in denen wir einfache Experimente durchführen können, um diese Art von Dingen zu untersuchen. Die Zeitskalen für diese im Universum stattfindenden Prozesse sind riesig, aber die Verwendung des Anbitters ermöglicht es uns, sie in Echtzeit zu beobachten Wir können also tatsächlich sehen, was passiert.

„Diese aufregende Arbeit, die die modernste Quantensimulation mit einer tiefen theoretischen Physik verschmilzt, zeigt, wie nahe wir uns an der Lösung einiger der größten Geheimnisse des Universums befinden.“

Die Forschung wurde vom Ukri Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) und dem Leverhulme Trust finanziert. Die Ergebnisse zeigen, dass Erkenntnisse über den Ursprung und das Schicksal des Universums nicht immer mehreren Millionen-Pfund-Experimente in dedizierten energierenden Einrichtungen wie dem großen Hadron-Kollider bei CERN erfordern.

Professor papic fügte hinzu: „Es ist aufregend, diese neuen Tools zu haben, die effektiv als“ Labor „der Tabelle dienen könnten, um die grundlegenden dynamischen Prozesse im Universum zu verstehen.“

Wirkliche Auswirkungen

Forscher sagen, ihre Ergebnisse unterstreichen das Potenzial der Quantenbedenschern bei der Lösung praktischer Probleme weit über die theoretische Physik hinaus.

Abgesehen von ihrer Bedeutung für die Kosmologie hat die Studie nach Angaben der Forscher praktische Auswirkungen auf die Förderung von Quantum Computing. Sie glauben, dass das Verständnis von Blasenwechselwirkungen im falschen Vakuum zu Verbesserungen bei der Verwaltung von Quantensystemen führen und komplexe Berechnungen durchführen, um das Quantencomputer effizienter zu gestalten.

Dr. Vodeb schloss: „Diese Durchbrüche überschreiten nicht nur die Grenzen des wissenschaftlichen Wissens, sondern ebnen auch den Weg für zukünftige Technologien, die Felder wie Kryptographie, Materialwissenschaft und energieeffizientes Computer revolutionieren könnten.“

Dr. Kedar Pandya, Executive Director von EPSRC für Strategie, sagte: „Mit Curiosity-gesteuerte Forschung ist ein entscheidender Bestandteil der Arbeit von Arbeiten von EPSRC. Dieses Projekt ist eine großartige Demonstration dieser Arbeit, mit Ideen aus der grundlegenden Quantenphysik mit technologischen Fortschritten beim Quantum Computing Um tiefe Fragen zur Natur des Universums zu beantworten. „

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