Physical Review D: Большой адронный коллайдер регулярно творит волшебство

Исследовательский дуэт обнаружил, что когда Большой адронный коллайдер, БАК, производит топ-кварки — самые тяжелые из известных фундаментальных частиц — он регулярно создает свойство, известное как магия.

Это открытие, опубликованное в журнале Physical Review D, имеет значение для развития квантовых вычислений: магия — это мера, описывающая, насколько сложна квантовая система для вычисления неквантовым компьютером.

Чем выше магия, тем больше нам нужны квантовые компьютеры для описания поведения, — объясняет профессор Мартин Уайт из Школы физики, химии и наук о Земле Университета Аделаиды, который руководил исследованием вместе со своим братом-близнецом, профессором Крисом Уайтом, физиком из Лондонского университета королевы Марии.

Изучение магических свойств квантовых систем позволяет получить значительные сведения о разработке и потенциальном использовании квантовых компьютеров.

БАК — самый большой и мощный в мире ускоритель частиц, состоящий из 27-километрового кольца сверхпроводящих магнитов с рядом ускоряющих структур, через которые два пучка высокоэнергетических частиц проходят со скоростью, близкой к скорости света, прежде чем столкнуться.

Количество магии, проявляемой топ-кварками, зависит от скорости их движения и направления движения. Все это может быть измерено детекторами ATLAS и CMS, которые наблюдают за результатами столкновений протонов на БАК.

Квантовые исследования долгое время были сосредоточены на запутывании, при котором частицы становятся связанными; однако наша работа по магии изучает, насколько хорошо частицы подходят для создания мощных квантовых компьютеров, — говорит профессор Уайт.

Эксперимент ATLAS уже наблюдал свидетельства квантовой запутанности. Мы показали, что БАК также может наблюдать более сложные модели квантового поведения при самых высоких энергиях, которые еще только пытались использовать в подобных экспериментах.

В течение десятилетий ученые стремились создать квантовые компьютеры, которые бы использовали законы квантовой механики для достижения гораздо большей вычислительной мощности, чем традиционные компьютеры.

Потенциальные преимущества квантовых компьютеров огромны и влияют на такие области, как открытие лекарств и материаловедение. Использование этой мощности требует надежных и контролируемых квантовых состояний, и магия играет решающую роль в достижении этого контроля.

Наше исследование прокладывает путь к более глубокому пониманию связи между квантовой теорией информации и физикой высоких энергий, — говорит профессор Уайт.

Это открытие касается не только самых тяжелых частиц во Вселенной, оно раскрывает потенциал новой революционной вычислительной парадигмы.

Ранее ученые предложили улучшенную модель калибровки светимости Большого адронного коллайдера.

20.12.2024