Tieteelliset ja teknologiset uutiset

Kvanttitietokone simuloi hiukkasten luomista universumissa 🌟

Tieteilijät ovat käyttäneet kvanttitietokoneita simuloidakseen, miten hiukkaset voivat ilmestyä laajenevassa universumissa. Tämä tutkimus, joka on julkaistu Scientific Reports -lehdessä, auttaa meitä ymmärtämään paremmin joitakin universumimme mysteerejä.


Tämän simulaation tekemiseksi tutkijat käyttivät teoriaa, jota kutsutaan kaarevan aikakentän kvanttikenttäteoriaksi (QFTCS). Yksinkertaisesti sanottuna tämä teoria mahdollistaa hiukkasten käyttäytymisen tutkimisen universumissa, jossa aika ja avaruus ovat "vääntyneet", kuten mustan aukon läheisyydessä tai laajenevassa universumissa. Se on jo ennustanut vaikuttavia ilmiöitä, kuten Hawkingin säteilyä (mustista aukoista emittoitua säteilyä) tai hiukkasten syntyä laajenevassa universumissa.

Aikaisemmin tieteilijät käyttivät laboratorioexperimentejä näiden ennusteiden vahvistamiseen. Mutta tällä kertaa he käyttivät kvanttitietokoneita numeeristen simulaatioiden tekemiseen, mikä on uusi menetelmä tällä alalla.

Tutkimuksen pääkirjoittaja Marco Díaz Maceda selittää, että kvanttitietokoneet ovat voimakas työkalu peruskysymysten tutkimiseen universumista. Kuitenkin nämä tietokoneet ovat vielä kehitysvaiheessa ja tekevät virheitä "melun" vuoksi laskelmissa. Tämän ongelman kiertämiseksi tutkijat käyttivät tekniikoita näiden virheiden vähentämiseksi ilman, että tarvitaan liikaa resursseja.

He valitsivat laajenevan universumin mallin, jota kutsutaan FLRW:ksi, ja loivat kvanttipiirin IBM:n Eagle-prosessorille simuloidakseen hiukkasten syntyä. Huolimatta virheistä, tulokset osoittivat, että hiukkaset ilmestyivät kuten teoria ennusti. Virheiden vähentämistekniikoiden ansiosta tutkijat pystyivät saamaan tarkempia tuloksia.

Tämä tutkimus on suuri edistysaskel kvanttitietokoneiden hyödyntämisessä universumimme tutkimuksessa. Se avaa ovia uusille tutkimuksille aiheista, kuten gravitaatio-inkohdista (kvantti-ilmiö, joka liittyy gravitaatioon) tai universumin rakenteesta.

Kaarevan aikakentän kvanttikenttäteoria (QFTCS)

QFTCS on teoria, joka yhdistää kaksi suurta fysiikan ideaa: yleinen suhteellisuus (joka selittää, miten gravitaatio vääntää aikaa ja avaruutta) ja kvanttimekaniikka (joka kuvaa hiukkasten käyttäytymistä erittäin pienellä mittakaavalla). Se mahdollistaa hiukkasten käyttäytymisen tutkimisen universumeissa, joissa aika ja avaruus ovat vääntyneet, kuten mustan aukon läheisyydessä tai laajenevassa universumissa.

Tämä teoria on erittäin hyödyllinen, koska se mahdollistaa monimutkaisten ilmiöiden tutkimisen ilman, että tarvitaan täydellistä kvantti-gravitaatioteoriaa, joka on vielä löydettävä.

Kuinka vähentää virheitä kvanttilaskelmissa?

Kvanttitietokoneet ovat voimakkaita, mutta ne tekevät edelleen virheitä "melun" vuoksi laskelmissa. Tulosten parantamiseksi tutkijat käyttävät virheiden vähentämistekniikoita. Ajatus on ymmärtää, miten virheet lisääntyvät melun myötä, ja sitten arvata, millaisia tulokset olisivat ilman tätä melua.

Toisin kuin virheenkorjaus, joka vaatii paljon resursseja, virheiden vähentäminen on paremmin soveltuva nykyisille kvanttitietokoneille. Tässä tutkimuksessa tutkijat käyttivät tekniikkaa, jota kutsutaan nollamelun ekstrapoloinniksi (ZNE), mikä mahdollisti tarkempien tulosten saamisen.