Совместные усилия ученых из Университета Лидса в Великобритании, Исследовательского центра Юлиха в Германии и Австрийского института науки и технологий (ISTA) проливают свет на загадочное явление, которое может помочь понять вакуумное состояние нашей Вселенной.
Большинство современных квантовых исследований фокусируется на использовании квантовых битов (кубитов) для совершенствования вычислительных возможностей. Впрочем, в новом исследовании квантовую симуляцию применили для решения фундаментальных вопросов теоретической физики. В частности, речь идет о понимании природы нашей Вселенной и ее возможного будущего.
Еще почти 50 лет назад ученые предположили, что Вселенная, хоть и кажется стабильной, может находиться в состоянии ложного вакуума — промежуточной формы, которая может перейти в более стабильный истинный вакуум. Этот переход, если он произойдет, будет катастрофическим. Жан-Ив Десоль, докторант ISTA, сравнивает это с американскими горками, где есть несколько долин, но только одна самая низкая точка — самое стабильное состояние. Согласно квантовой механике, Вселенная в конце концов достигнет этого состояния, что повлечет глобальные изменения.
«Этот процесс может полностью изменить структуру Вселенной. Фундаментальные константы изменятся, и наш мир развалится, как карточный домик», — объясняет профессор теоретической физики Университета Лидса Златко Папич. Хотя определить точное время этого события сложно. Ученые считают, что это будет происходить в течение длительного периода, который потенциально охватит миллионы лет.
От Большого взрыва до гибели
Для исследования этих процессов команда использовала 5564-кубитный квантовый компьютер, созданный компанией D-Wave Quantum Inc., который применяют для решения сложных оптимизационных задач. Компьютер был подключен к вычислительной инфраструктуре JUNIQ Исследовательского центра Юлиха для анализа моделирования ложного вакуума алгоритмом квантового отжига. Теоретически распад ложного вакуума будет сопровождаться образованием пузырьков, переходящих в состояние истинного вакуума. Исследователи создали одномерную модель, чтобы наблюдать за этим явлением.
Симуляция позволила увидеть танец пузырьков: их образование, рост и взаимодействие. Выяснилось, что переход происходит через сложные взаимодействия, а не как изолированное событие. Подобные процессы, вероятно, имели место вскоре после Большого взрыва. Это открывает новые пути исследования происхождения нашей Вселенной.
«Благодаря возможностям алгоритма квантового отжига и мощностям квантовой машины наша команда смогла исследовать системы и фазовые переходы, которые трудно изучать традиционными методами», — отметил Яка Водеб, научный сотрудник Исследовательского центра Юлиха.
Это исследование также демонстрирует, что изучение Вселенной не ограничивается масштабными проектами вроде адронного коллайдера, а может осуществляться с помощью квантовых технологий. Таким образом, квантовые симуляции становятся ключом к раскрытию самых больших загадок нашего мира.
Ранее мы сообщали о том, как квантовый процессор Google Willow выполняет вычисления в параллельных Вселенных.
По материалам eurekalert.org
