インサイダーブリーフ
- インスブルック大学とウォータールー大学の物理学者は、新しいQuditベースの量子コンピューターを使用して、複数の空間的次元で量子フィールド理論をシミュレートしました。
- 3つ以上のレベルを持つQuantumユニットを使用することにより、チームは、量子電気力学に見られるような量子フィールドのより自然で効率的な表現を達成しました。
- この実験は、2次元での粒子相互作用の最初のシミュレーションを示し、3次元モデルと強力な核力の研究への道を開いています。
プレスリリース – 基本的な粒子と力の研究は、宇宙の理解にとって中心的に重要です。現在、ウォータールー大学のインスブルック大学と量子コンピューティング研究所（IQC）の物理学者チームは、型破りなタイプの量子コンピューターがどのようにして基本粒子の世界への新しい扉を開くかを示しています。
粒子物理学の標準モデルは、私たちの世界を構成する基本粒子と力の私たちの最良の理論です。電子や陽電子などの粒子と反粒子は、量子場として説明されています。それらは、荷電粒子を結合する電磁力など、他の力畑を介して相互作用します。
これらの量子フィールドの動作を理解し、私たちの宇宙では、研究者は量子フィールド理論の複雑なコンピューターシミュレーションを実行します。残念ながら、これらの計算の多くは、私たちの最高のスーパーコンピューターでさえも複雑すぎて、量子コンピューターにとっても大きな課題をもたらし、多くの差し迫った質問を答えていません。
新しいタイプの量子コンピューターを使用して、Martin Ringbauer’s 実験チーム インスブルック大学、そして 理論グループ カナダのウォータールー大学のIQCのChristine Muschikが率いるジャーナルの出版物に報告します 自然物理学 複数の空間的次元で完全な量子フィールド理論をどのようにシミュレートしたか。
量子畑の自然表現
量子コンピューターに挑戦する量子フィールド理論のシミュレーションを作る核は、荷電粒子間の電磁力など、粒子間の力を表すフィールドをキャプチャする必要性から生じます。これらのフィールドは、さまざまな方向を指し、筋力や励起の程度が異なります。このようなオブジェクトは、今日の古典的および量子コンピューターの基礎であるゼロとそれに基づいた従来のバイナリコンピューティングパラダイムにきちんと適合していません。
新しい前進は、 クディット コンピューターの量 Innsbruckで開発され、Waterlooで開発された基本的な粒子相互作用をシミュレートするためのQuditアルゴリズム。このアプローチは、情報を効率的に保存および処理するために、ゼロと1つだけではなく、量子情報キャリアごとに最大5つの値を使用することに基づいています。このような量子コンピューターは、粒子物理学計算で複雑な量子フィールドを表現するという課題に理想的に適しています。
「私たちのアプローチにより、量子畑の自然な表現が可能になり、計算がより効率的になります」と、この研究の主著者であるマイケル・メスは説明します。これにより、チームは2つの空間的次元で量子電気力学の基本的な特徴を観察することができました。
粒子物理学の大きな可能性
すでに2016年、 粒子抗粒子のペアの作成がインスブルックで実証されました。 「そのデモンストレーションでは、粒子がライン上で移動するように制限することで問題を簡素化しました。この制限を削除することは、量子コンピューターを使用して基本的な粒子の相互作用を理解するための重要なステップです」とChristine Muschik氏は言います。現在、チームは2つの空間寸法で最初の量子シミュレーションを提示しました。「粒子の挙動に加えて、それらの間に磁場が表示されます。これは、粒子がライン上で移動し、自然を研究するために重要な一歩を踏み出すことに制限されていない場合にのみ存在します」とMartin Ringbauer氏は説明します。
量子電気力学に関する新しい作業は、ほんの始まりに過ぎません。わずかなquditsだけで、現在の結果を3次元モデルだけでなく、原子をまとめて物理学の残りの謎の多くを含む強力な核力に拡張することが可能になります。 「
私たちは、これらの魅力的な質問の研究に貢献する量子コンピューターが貢献する可能性に興奮しています」とRingbauerは熱狂的に述べています。
