Opracowano cyfrowy symulator kwantowy
Równania opisujące zjawiska fizyczne są często zbyt złożone, by je rozwiązać bezpośrednio — w takich przypadkach fizycy posługują się symulacjami na modelach komputerowych. Ograniczona moc obliczeniowa konwencjonalnych komputerów oznacza jednak, że metody tej nie da się zastosować do systemów kwantowych. Liczba parametrów i równań opisujących stan kwantowy i jego dynamikę rośnie wykładniczo wraz z liczbą badanych cząstek. Naukowcy pracujący nad projektem "Universal quantum simulation with trapped ions" (UQSI) postanowili zbadać alternatywne podejście do analizowania układów kwantowych. W tym celu zbudowali precyzyjnie kontrolowany układ kwantowy do wykonywania niezbędnych symulacji. Uzyskany symulator kwantowy bazuje na łańcuchu sześciu jonów wapnia. Opis matematyczny badanego zjawiska jest programowany serią impulsów laserowych, aby umożliwić wykonywanie obliczeń kwantowych na jonach. Silnie schłodzone i pułapkowane elektrycznie jony wapnia zostały wykorzystane jako nośniki bitów kwantowych (kubitów). W kubitach tych zakodowano początkowy stan badanego układu. Dynamikę układu przybliżono z wykorzystaniem ciągu 100 bramek kwantowych. Przeprowadzono wydajne symulacje ewolucji w pełnym wymiarze czasowym dla sieci cząstek wchodzących we wzajemne interakcje, które stanowią modele magnetyzmu o bogatej dynamice. Dodatkową korzyścią jest możliwość przeprogramowania symulatora kwantowego USQI w celu symulowania dowolnego układu fizycznego. Badacze z Austriackiej Akademii Nauk wdrażają obecnie nową generację symulacji kwantowych z wykorzystaniem symulatora USQI nawet na 50 jonach wapnia. Wyniki prac badawczych zrealizowanych w ramach projektu USQI opublikowano w Internecie w prestiżowym piśmie Science(odnośnik otworzy się w nowym oknie) oraz zaprezentowano na kilku konferencjach międzynarodowych.
