Aplicando la computación cuántica a los procesos de partículas
El algoritmo cuántico que desarrollaron explica parte de la complejidad de los enjambres de partículas, complejos estallidos de partículas producidos por colisiones durante su creación y desintegración.
Los investigadores detallaron su algoritmo cuántico en un estudio publicado en línea el 10 de febrero en Physical Review Letters.
"Básicamente, demostramos que se pueden aprovechar recursos informáticos cuánticos eficientes para realizar una lluvia de Patton", dijo el investigador principal Christian Bauer, jefe del Grupo de Computación Teórica y Cuántica del Departamento de Física del Laboratorio de Berkeley. Tenemos algunos efectos cuánticos que muestran que es difícil describir en una computadora clásica lo que se puede describir en una computadora cuántica.
Su enfoque combina la computación cuántica y la clásica: la computación cuántica solo se utiliza para algunos aspectos de las colisiones de partículas. que no se pueden resolver mediante cálculos clásicos, los cálculos clásicos se utilizan para resolver todos los demás aspectos de las colisiones de partículas.
Los investigadores construyeron el llamado "modelo de juguete", que es una teoría simplificada. una verdadera computadora cuántica y al mismo tiempo contiene suficiente complejidad para que sea imposible simularla con métodos clásicos
"Lo que hace un algoritmo cuántico es calcular todos los resultados posibles simultáneamente y luego elegir entre ellos. Uno", dijo Ball. A medida que los datos se vuelven más precisos, nuestras predicciones teóricas deben volverse más precisas. En algún momento, estos efectos cuánticos se vuelven lo suficientemente grandes como para que realmente importen" y deben tenerse en cuenta.
Al construir el algoritmo cuántico, los investigadores consideraron las diferentes partículas que podrían ocurrir. El proceso y los resultados de Las lluvias de Patton calculan el estado de las partículas, la emisión de partículas, el historial de si se produjo la emisión y el número de partículas producidas en la lluvia, incluidos cálculos independientes de los tipos de bosones y fermiones.
La computadora cuántica ". "calcula todas estas historias simultáneamente y resume todas las historias posibles de cada etapa intermedia", dijo Er. El equipo utilizó el chip IBM Q Johannesburg, que tiene 20 qubits. Computadora cuántica.
Los investigadores construyeron una computadora de cuatro pasos Circuito de computadora cuántica que utiliza cinco qubits. El algoritmo requiere 48 operaciones. Los investigadores señalaron que el ruido en las computadoras cuánticas puede causar diferencias en los simuladores cuánticos.
Mientras que los esfuerzos del equipo son pioneros. La computación cuántica hasta la parte de reducción de datos de los colisionadores de partículas es prometedora, Ball dijo que no espera que las computadoras cuánticas estén disponibles para aplicaciones de alta energía hasta dentro de varios años. Las computadoras cuánticas necesitarán más qubits y menos ruido para lograr un avance real, al menos. Al menos no hasta que el hardware mejore, dijo Ball. El alcance depende de qué tan rápido mejore la máquina. Pero señaló que lograr esto requerirá un esfuerzo enorme y creciente, y es importante comenzar a pensar en estos algoritmos cuánticos ahora para prepararse para los próximos avances de hardware.
Este salto en la tecnología cuántica es el foco principal del Collaborative Quantum R&D Center (Centro Colaborativo de I+D Cuántica) apoyado por el Departamento de Energía de Estados Unidos. Berkeley Lab es parte del Quantum Systems Accelerator (QSA).
A medida que el hardware mejore, será posible incluir más tipos de bosones y fermiones en los algoritmos cuánticos, aumentando así la precisión de los algoritmos.
Dijo que este algoritmo eventualmente tendrá un amplio impacto en el campo de la física de altas energías y también podrá usarse en experimentos con colisionadores de iones pesados.