В лаборатории Университета Дьюка (Duke Quantum Center) ученые впервые повторили нарушение струны — редкий процесс из физики элементарных частиц. Для этого задействовали квантовый симулятор на 13 захваченных ионах. Результаты 23 сентября опубликовал журнал Nature Physics. Эту информацию сообщает издание RuSamara.
Кварки — фундаментальные частицы материи, но в свободном состоянии их не наблюдают. В протонах и нейтронах кварковые пары соединены, будто натянутой струной. Чтобы порвать эту связь, нужна огромная энергия. В момент разрыва она превращается в новые частицы. Такой процесс называют нарушением струны. Обычно его фиксируют только в экстремальных условиях, например в установках уровня Большого адронного коллайдера.
В эксперименте лазерные лучи с высокой точностью направляли на ионы. Это позволяло менять взаимодействия между ними. Модель воспроизводила накопление энергии, которое возникает при растяжении связи кварков. При появлении новых частиц струна рвалась, и вместо одной пары возникали две или несколько. Исследователи отслеживали эффективные заряды — элементы модели, представляющие заряженные частицы, — и восстанавливали динамику струны.
Ту же модель затем прогнали на классической машине. Расчеты совпали с экспериментом. Это подтвердило: квантовая система правильно повторила модель в проверенном масштабе. Следующая цель — расширить симуляции до задач, слишком сложных для классических компьютеров, включая самые мощные суперкомпьютеры.
Первый автор статьи Аринджой Де, ранее работавший в лаборатории Кристофера Монро, назвал это направление невероятно захватывающим. По его словам, моделирование конфайнмента кварков и нарушения струны в лабораторных условиях открывает новые пути для изучения материи на фундаментальном уровне. Об этом сообщил сайт SciTechDaily.
Коллаборацию возглавил Университет Дьюка; в нее вошли специалисты из Мэрилендского университета, Оксфордского университета, Калифорнийского технологического института, Корнеллского университета и KU Leuven. Похожие результаты получили еще в двух работах — с использованием сверхпроводящих схем и нейтральных атомов. Кристофер Монро, возглавивший исследование, назвал три платформы ведущими в квантовых вычислениях. Он также указал, что совпадение итогов дает научному сообществу полезный ориентир.