Физици за първи път уловиха квантова „магия“ в Големия адронен колайдер

Физици демонстрираха, че обичайният метод за производство на частици в Големия адронен колайдер (LHC) може да създаде ефект, който буквално се нарича „магия“. Терминът е въведен за първи път още през 1972 година, но днес той придобива ново значение в контекста на квантовите компютри.

Големият адронен колайдер, който от 2012 година е известен с откриването на Хигс бозона продължава да бъде важен инструмент за изучаване на фундаменталните частици и законите на природата. Този път екип от физици, братята близнаци Крис и Мартин Уайт от Лондонския университет „Куин Мери“ и Университета в Аделаида представиха статия във Physical Review D за явлението „магия“ при топ-кварките.

Топ-кварките са най-тежките частици в Стандартния модел и техните свойства са от особено значение за изграждането на мощни квантови компютри. Както обяснява Крис Уайт, „магията“ измерва сложността на едно квантово състояние, която го прави почти невъзможно за моделиране с класически компютри. Колкото по-висок е показателят „магия“, толкова по-голяма е необходимостта от използване на квантови компютри за описване на поведението на такива системи.

В своята работа учените са изследвали свойствата на топ-кварките, произведени в LHC, а именно тяхната скорост и посока, които се регистрират от детекторите ATLAS и CMS. Изследването има за цел да отговори на фундаменталния въпрос: „Създава ли природата магически топ-кварки и ако не, защо?“.

Мартин Уайт отбелязва, че разбирането на магическите свойства на квантовите системи открива нови хоризонти при разработването на квантови компютри. Тези машини използват кюбити, които, за разлика от класическите битове, могат да приемат стойности 0 и 1 едновременно. Това свойство позволява на квантовите компютри да решават задачи, недостъпни за класическите им аналози.

През последните месеци квантовите технологии отбелязаха впечатляващ напредък. През лятото Quantinuum представи компютър, който надхвърли 100 пъти резултата на Google за 2019 гoдина за „квантово превъзходство“. През този Google обяви нов квантов чип, наречен Willow, който е способен да извършва изчисления, които биха отнели на суперкомпютър десетки септилиони години.

Работата в LHC продължава: след 3-годишно прекъсване третата фаза на експериментите започна през 2022 година и ще продължи до 2026 година. Очаква се до 2029 година да заработи модернизираният високосветлинен-LHC, който ще увеличи интензивността на експериментите 10 пъти и ще позволи на учените да изследват по-задълбочено Хигс бозона и други частици. Това ще даде на учените още повече възможности да открият нови аспекти на природата, може би дори по-загадъчни от „магията“.