Symulacje kwantowe
Relatywistyczna mechanika kwantowa zajmuje się propagacją cząstek o niezerowej masie spoczynkowej z prędkościami zbliżonymi do prędkości światła, umożliwiając również uwzględnienie cząstek o zerowej masie spoczynkowej. Sprawdza się ona lepiej od pierwotnej mechaniki kwantowej między innymi pod względem przewidywania istnienia antymaterii i spinu elektronowego. Kluczowym produktem teorii jest równanie Diraca, z którego te przewidywania wynikają automatycznie. Finansowany ze środków UE projekt badawczy QURELSIM ("Quantum simulations of relativistic systems") pozwolił otworzyć nowe, ważne kierunki badań w tej dziedzinie. Jego zakres objął wybrane scenariusze symulowania relatywistycznych układów kwantowych w kontrolowanym układzie kwantowym (na przykład układów uwięzionych jonów) z wykorzystaniem architektury komputera kwantowego. Szczegółowe badania dotyczyły między innymi interakcji między fermionami Diraca i Majorany, symulacji fenomenologicznych potencjałów w chromodynamice kwantowej, frakcjonalizacji ładunku i efektów topologicznych dla pól Diraca oraz spontanicznej symetrii przy interakcjach fermionów. Ważnym osiągnięciem było odkrycie protokołu wydajnego symulowania kwantowego teorii fermionowych i bozonowych w jonach uwięzionych. Zespół badawczy posłużył się symulacją kwantową modeli Hubbarda i Fröhlicha, a zastosowane metody mają również implikacje dla nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego. Projekt poszerzył wiedzę badaczy na temat metod symulowania kwantowego operacji niemożliwych fizycznie, ale dających się obliczyć, i dał dowód wszechstronności tych metod. Przeprowadzone badania znajdą szerokie zastosowanie w wielu pokrewnych dziedzinach, między innymi w fizyce wysokich energii, chemii kwantowej, optyce kwantowej i symulacjach komputerowych.
