Ученые из Инсбрукского университета в Австрии и Университета Ватерлоо в Канаде впервые успешно смоделировали квантовую теорию поля в более чем одном пространственном измерении. Это важный шаг к пониманию фундаментальных взаимодействий частиц, который ранее был недоступен даже самым мощным суперкомпьютерам. Работа опубликована в журнале Nature Physics.
Квантовая теория поля описывает поведение элементарных частиц и их взаимодействие через силы. Однако ее сложность делает вычисления практически невозможными для традиционных компьютеров. Основная проблема заключается в том, что квантовые поля обладают различными степенями возбуждения и направлений, которые не вписываются в привычную бинарную систему вычислений (ноль и единица).
Решение предложили ученые, использовавшие кудитовый квантовый компьютер (qudit) вместо стандартного кубитового (qubit). В отличие от кубитов, хранящих только два значения (0 и 1), кудиты могут содержать до пяти различных состояний, что делает их гораздо более подходящими для моделирования сложных квантовых полей.
“Наш подход позволяет естественным образом представлять квантовые поля, что значительно повышает эффективность вычислений”, — пояснил ведущий автор исследования Михаэль Мет.
Ранее, в 2016 году, в Инсбруке уже демонстрировалось создание пар частица-античастица, но тогда движение частиц ограничивалось одной линией. Теперь ученые смогли моделировать процессы в двух измерениях, включая появление магнитных полей, что существенно приближает их к реальной физике.
“Это важный шаг для понимания фундаментальных взаимодействий частиц”, — отметила Кристина Мушик из Университета Ватерлоо.
Полученные результаты — только начало. Всего несколько дополнительных кудитов позволят моделировать не только трехмерные процессы, но и сильное ядерное взаимодействие, которое удерживает атомные ядра и остается одной из главных загадок современной физики.
Ранее ученые поставили под сомнение вечность протона.