Квантовый компьютер помог физикам впервые воспроизвести разрыв связей между кварками

МОСКВА, 4 июня. /ТАСС/. Международный коллектив физиков впервые использовал квантовый симулятор для воспроизведения и изучения процесса формирования частиц и античастиц материи при разрыве глюонных связей между кварками и антикварками. Это позволяет использовать квантовые компьютеры для проверки теории квантовой хромодинамики, пишут ученые в статье, опубликованной в журнале Nature.

"Теория квантовой хромодинамики постулирует, что любая попытка разорвать связь между парами кварков ведет к нарастанию энергии объединяющей их глюонной связи. Когда эта энергия достигает некого порогового значения, ее хватает для формирования новой пары частиц из пустоты вакуума, в результате чего связь разрывается. Мы впервые воспроизвели этот процесс при помощи программируемого квантового симулятора", - пишут исследователи.

Как объясняют физики, все элементарные частицы состоят из небольших объектов, которые физики называют кварками и глюонами. Кварки и антикварки связаны между собой мощнейшими силами природы, так называемыми сильными ядерными взаимодействиями, чьими переносчиками, предположительно, являются глюоны.

В чистом виде кварки и глюоны не существуют, так как для их "освобождения" необходимы гигантские температура и энергия, которые существовали только в момент Большого взрыва. По этой причине распады различных атомов и нестабильных частиц материи, сопровождающиеся выделением глюонов и кварков, практически мгновенно ведут к формированию новых частиц, часть из которых сразу же распадается и вырабатывает новые порции глюонов и кварков.

Группа европейских, канадских и американских физиков под руководством профессора Гарвардского университета (США) Михаила Лукина впервые воспроизвела этот процесс при помощи программируемого квантового симулятора Aquila, аналогового квантового компьютера, который исследователи создали на базе 256 холодных нейтральных атомов. Исследователям удалось расположить их в пространстве и соединить незримыми квантовыми связями таким образом, что эти частицы начали взаимодействовать подобно кваркам, антикваркам и глюонам.

Проведенные физиками замеры показали, что для воспроизведения ключевых взаимодействий кварков и глюонов и рождения новых пар частиц из пустоты вакуума требуется 59 холодных атомов, расположенных в пространстве подобно узору японской мозаики-кагомэ. Опыты с подобными квантовыми структурами позволят ученым проверить многие предсказания теории квантовой хромодинамики, а также уточнить, как возникают пары позитронов и электронов и других частиц и античастиц из пустоты вакуума, подытожили эксперты.