Ускоритель снова удивляет мир фундаментальной физики.
Физики продемонстрировали, что привычный метод производства частиц на Большом адронном коллайдере (LHC) может создавать эффект, который буквально называют «магией». Этот термин был впервые предложен ещё в 1972 году, но сегодня он получает новое значение в контексте квантовых компьютеров.
Большой адронный коллайдер, который с 2012 года известен открытием бозона Хиггса, продолжает оставаться важнейшим инструментом для исследования фундаментальных частиц и законов природы. На этот раз команда физиков, братья-близнецы Крис и Мартин Уайты из Лондонского университета королевы Марии и Университета Аделаиды, представила работу в журнале Physical Review D, посвящённую феномену «магии» в топ-кварках.
Топ-кварки — это самые тяжёлые частицы Стандартной модели, и их свойства имеют особое значение для создания мощных квантовых компьютеров. Как объясняет Крис Уайт, «магия» измеряет сложность квантового состояния, которая делает его практически невозможным для моделирования на классических компьютерах. Чем выше показатель магии, тем больше необходимость использовать квантовые компьютеры для описания поведения таких систем.
В своей работе учёные изучили свойства топ-кварков, производимых на LHC, а именно их скорость и направление, которые фиксируются детекторами ATLAS и CMS. Исследование направлено на ответ на фундаментальный вопрос: «Создаёт ли природа магические топ-кварки, и если нет, то почему?»
Мартин Уайт отмечает, что понимание магических свойств квантовых систем открывает новые горизонты в разработке квантовых компьютеров. Эти машины используют кубиты, которые, в отличие от классических битов, могут принимать значения 0 и 1 одновременно. Такое свойство позволяет квантовым компьютерам решать задачи, недоступные их классическим аналогам.
За последние месяцы квантовые технологии совершили впечатляющие достижения. Летом компания Quantinuum представила компьютер, превзошедший результат Google 2019 года по «квантовому превосходству» в 100 раз. А в декабре Google объявил о создании нового квантового чипа Willow, способного выполнять расчёты, которые заняли бы у суперкомпьютера десятки септиллионов лет.
Работа LHC продолжается: после трёхлетнего перерыва в 2022 году начался третий этап экспериментов, который продлится до 2026 года. Ожидается, что обновлённый High Luminosity-LHC начнёт работу к 2029 году, увеличив интенсивность экспериментов в 10 раз и позволив учёным глубже исследовать бозон Хиггса и другие частицы. Это даст учёным ещё больше возможностей для открытия новых граней природы, возможно, ещё более загадочных, чем «магия».