Спільні зусилля науковців з Університету Лідса у Великій Британії, Дослідницького центру Юліха в Німеччині та Австрійського інституту науки й технологій (ISTA) проливають світло на загадкове явище, яке може допомогти зрозуміти вакуумний стан нашого Всесвіту.
Більшість сучасних квантових досліджень фокусується на використанні квантових бітів (кубітів) для вдосконалення обчислювальних можливостей. Утім, в новому дослідженні квантову симуляцію застосували для розв’язання фундаментальних питань теоретичної фізики. Зокрема, йдеться про розуміння природи нашого Всесвіту та його можливого майбутнього.
Ще майже 50 років тому вчені припустили, що Всесвіт, хоч і здається стабільним, може перебувати в стані хибного вакууму — проміжної форми, яка може перейти в більш стабільний істинний вакуум. Цей перехід, якщо він станеться, буде катастрофічним. Жан-Ів Десоль, докторант ISTA, порівнює це з американськими гірками, де є кілька долин, але лише одна найнижча точка — найстабільніший стан. Згідно з квантовою механікою, Всесвіт, зрештою, досягне цього стану, що спричинить глобальні зміни.
«Цей процес може повністю змінити структуру Всесвіту. Фундаментальні константи зміняться, і наш світ розвалиться, як картковий будиночок», — пояснює професор теоретичної фізики Університету Лідса Златко Папіч. Хоча визначити точний час цієї події складно. Науковці вважають, що це відбуватиметься протягом тривалого періоду, який потенційно охопить мільйони років.
Від Великого вибуху до загибелі Всесвіту
Для дослідження цих процесів команда використала 5564-кубітний квантовий комп’ютер, створений компанією D-Wave Quantum Inc., який застосовують для розв’язання складних оптимізаційних задач. Комп’ютер був під’єднаний до обчислювальної інфраструктури JUNIQ Дослідницького центру Юліха для аналізу моделювання хибного вакууму алгоритмом квантового відпалу. Теоретично розпад хибного вакууму супроводжуватиметься утворенням бульбашок, що переходять до стану істинного вакууму. Дослідники створили одновимірну модель, щоб спостерігати за цим явищем.
Симуляція дозволила побачити танок бульбашок: їхнє утворення, ріст і взаємодію. З’ясувалося, що перехід відбувається через складні взаємодії, а не як ізольована подія. Подібні процеси, ймовірно, мали місце невдовзі після Великого вибуху. Це відкриває нові шляхи дослідження походження нашого Всесвіту.
«Завдяки можливостям алгоритму квантового відпалу та потужностям квантової машини наша команда змогла дослідити системи та фазові переходи, які важко вивчати традиційними методами», — зазначив Яка Водеб, науковий співробітник Дослідницького центру Юліха.
Це дослідження також демонструє, що вивчення Всесвіту не обмежується масштабними проєктами на кшталт адронного колайдера, а може здійснюватися за допомогою квантових технологій. Таким чином, квантові симуляції стають ключем до розкриття найбільших загадок нашого світу.
Раніше ми повідомляли про те, як квантовий процесор Google Willow виконує обчислення у паралельних Всесвітах.
За матеріалами eurekalert.org
