Создан цифровой квантовый симулятор

Физики из Инсбрукского университета и Института квантовой оптики и квантовой информации (Австрия) стали значительно ближе к достижению цели исследования сложных явлений в модельной системе. В своей лаборатории они разработали цифровой, а следовательно, универсальный квантовый симулятор, способный воспроизводить, в принципе, любую физическую систему. Результаты работы были опубликованы в онлайн-версии журнала Science, на сайте, вмещающем в себя огромное количество интересной научной информации и являющемся более комплексным проектом, нежели создание сайта визитки.

Почти два года назад исследовательские группы Райнера Блатта и Кристана Рооса из Инсбрукского университета воссоздали свойства частицы, движущейся в квантовой системе с околосветовой скоростью. Они закодировали состояние частицы в охлажденном атоме кальция и с помощью лазера управляли им в соответствии с уравнениями, предложенными знаменитым физиком Полем Дираком. Таким образом ученым удалось симулировать так называемое «дрожащее движение» релятивистских частиц, которое ранее никогда не наблюдалось напрямую. В новой работе физики применили не аналоговый, а цифровой подход, который позволил им получить универсальный цифровой квантовый симулятор.

Для проведения симуляции физики использовали строительные блоки квантового компьютера. Математическое описание исследуемого явления было запрограммировано с помощью серии лазерных импульсов. В качестве носителей квантовых битов (кубитов) ученые применили атомы кальция. Действие нового метода они продемонстрировали в ходе двух экспериментов, использовав 100 квантовых ворот и 6 кубитов.

По словам Бенджамина Ланьона из Института квантовой оптики и квантовой информации при Австрийской академии наук, эти эксперименты свидетельствуют об эффективности использованного метода и о том, что существует возможность воссоздать и исследовать практически любую систему. Если понадобится изучить другое явление, все, что нужно будет сделать, это перепрограммировать симулятор.