Физики обнаружили «магию» на Большом адронном коллайдере
Исследователи на Большом адронном коллайдере обнаружили, что топ-кварки обладают свойством, известным как «магия», которое может способствовать развитию квантовых вычислений.
Новое исследование показывает, что уровень «магии» в топ-кварках может определять необходимость использования квантовых компьютеров в симуляторах.
Открытие магии в физике элементарных частиц
Ученые обнаружили, что когда Большой адронный коллайдер (БАК) производит топ-кварки (истинный кварк) — самые тяжелые известные фундаментальные частицы — он регулярно создает свойство, известное как «магия».
Это открытие, опубликованное в Physical Review D, имеет значение для развития квантовых вычислений, поскольку магия — это мера, описывающая, насколько сложно вычислить квантовую систему на неквантовом компьютере.
Квантовые вычисления и БАК
«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 совместно со своим братом-близнецом, профессором Крисом Уайтом, физиком из Лондонского университета королевы Марии.
«Изучение магических свойств квантовых систем дает важные сведения о разработке и потенциальном использовании квантовых компьютеров».
Наше исследование прокладывает путь к более глубокому пониманию связи между квантовой теорией информации и физикой высоких энергий.
Выводы из столкновений высоких энергий
БАК — крупнейший и самый мощный в мире ускоритель частиц, состоящий из 27-километрового кольца сверхпроводящих магнитов с рядом ускоряющих структур, через которые два пучка высокоэнергетических частиц движутся со скоростью, близкой к скорости света, прежде чем столкнуться.
Количество «магии», проявляемой топ-кварками, зависит от скорости и направления их движения, и все это можно измерить с помощью детекторов ATLAS и CMS, которые наблюдают за результатами столкновений протонов на БАК.
Развитие квантовых вычислений
«Квантовые исследования долгое время были сосредоточены на запутанности, при которой частицы становятся связанными; однако наша работа в области магии изучает, насколько хорошо частицы подходят для создания мощных квантовых компьютеров», — говорят ученые.
«Эксперимент ATLAS уже обнаружил доказательства квантовой запутанности. Мы показали, что БАК может также наблюдать более сложные модели квантового поведения при самых высоких энергиях, которые когда-либо пытались провести для такого рода экспериментов».
Влияние на квантовые технологии
На протяжении десятилетий ученые стремились создать квантовые компьютеры, которые использовали бы законы квантовой механики для достижения гораздо большей вычислительной мощности, чем традиционные компьютеры.
Потенциальные преимущества квантовых компьютеров огромны, они повлияют на такие области, как открытие лекарств и материаловедение. Использование этой силы 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», — говорят исследователи. «Это открытие касается не только самых тяжелых частиц во Вселенной, но и раскрытия потенциала революционно новой вычислительной парадигмы».