Kvantová mechanika naznačuje, že zdánlivě prázdný prostor je skutečně naplněn strašidelnými částicemi, které kolísají v existenci. A nyní vědci poprvé vyvinuli moderní stroj známý jako kvantový počítač, který simuluje tyto tzv. Virtuální částice.
Tento výzkum by mohl pomoci osvětlit současné skryté aspekty vesmíru, od srdce neutronových hvězd až po první okamžiky vesmíru po Velkém třesku.
Kvantová mechanika je základem standardního modelu částicové fyziky, který je v současné době nejlepším vysvětlením toho, jak se chovají všechny známé elementární částice, jako jsou elektrony a protony. Nicméně stále existuje mnoho otevřených otázek týkajících se standardního modelu částicové fyziky, jako je to, zda může nebo nemusí pomoci vysvětlit kosmické záhady (temná hmota a temná energie).
Interakce mezi elementárními částicemi jsou často popsány příklady, které jsou extrémně obtížné pro konvenční počítače k výpočtu, s výjimkou nejjednodušších případů. V důsledku toho se vědci místo toho obrátili na experimentální zařízení známá jako kvantové počítače.
Naše práce je prvním krokem k rozvoji specializovaných nástrojů, které nám pomohou lépe porozumět základním interakcím mezi elementárními složkami v přírodě. Zatímco klasické počítače představují data jako jedničky a nuly – binární číslice známé jako „bity‘‘.
Ve své nové studii vědci postavili kvantový počítač pomocí čtyř elektromagneticky zachycených iontů vápníku. Výzkumníci měli přes svůj kvantový počítač simulovat vzhled a zmizení virtuálních částic ve vakuu. Je to jeden z nejkomplexnějších experimentů, které byly kdy provedeny v kvantovém počítači zachycených iontů.
Kvantové počítače mohou simulovat fyziku s vysokou energií – ukazují, jak se mohou částice chovat na energetických úrovních, které jsou příliš vysoké, aby byly snadno generovány na Zemi.
Kvantové simulátory pro stolní počítače by v zásadě mohly modelovat takovou fyziku extrémně vysokých energií, která je v současné době zkoumána pomocí drahých atomových rozměrů, jako je například Large Hadron Collider v CERN.
Nakonec mohou kvantové simulátory pomoci výzkumníkům simulovat dynamiku v mrtvých hvězdách známých jako neutronové hvězdy nebo zkoumat otázky týkající se interakcí při velmi vysokých energiích a vysokých hustotách, které popisují fyziku raného vesmíru.
