Международная команда исследователей использовала квантовый компьютер IBM для моделирования процесса рождения частиц в расширяющейся Вселенной. Это первый случай, когда такие явления были воспроизведены с помощью цифрового квантового моделирования, что открывает новые возможности для изучения космологии и квантовой теории поля в искривленном пространстве-времени. Работа опубликована в журнале Scientific Reports (SciReports).
Когда Вселенная расширяется, вакуумное состояние, которое можно представить как «нулевую энергию», меняется, приводя к появлению новых частиц. Этот процесс считается одним из ключевых механизмов, происходивших на ранних этапах существования Вселенной. Однако экспериментально подтвердить его было крайне сложно.
В новом исследовании ученые использовали уравнения, описывающие эволюцию квантовых полей в искривленном пространстве, и применили так называемые преобразования Боголюбова, которые помогают вычислять число рожденных частиц. Для этого они разработали квантовую схему и реализовали ее на 127-кубитном квантовом процессоре IBM Eagle.
Современные квантовые компьютеры пока еще подвержены ошибкам, так как их работа чувствительна к внешним воздействиям. Чтобы уменьшить влияние этих ошибок, ученые использовали метод «нулевого шумового экстраполирования» . Он заключается в том, что сначала к системе намеренно добавляют шум, а затем по этим данным вычисляют, каким был бы результат без ошибок.
Несмотря на шум в квантовом компьютере, результаты моделирования совпали с теоретическими предсказаниями, что доказывает работоспособность этого подхода.
По мнению исследователей, будущем цифровые квантовые симуляции могут стать мощным инструментом для исследования сложных космологических процессов, включая испарение черных дыр и квантовую гравитацию.
Ранее астрономов восхитил блеск идеального Кольца Эйнштейна.