Вселенная, как мы ее знаем, может скрывать в себе гораздо больше тайн, чем кажется на первый взгляд. Одна из самых интригующих гипотез – это концепция «ложного вакуума». Представьте себе, что наш мир находится не в абсолютно стабильном состоянии, а лишь в метастабильном, подобно переохлажденной жидкости, готовой в любой момент закристаллизоваться. Этот «ложный вакуум» может однажды перейти в состояние «истинного вакуума», что приведет к фундаментальным изменениям во всей структуре мироздания.
Ученые из Университета Лидса, Forschungszentrum Jülich (Германия) и Института науки и технологий Австрии (ISTA) предприняли смелую попытку заглянуть в этот потенциально катастрофический сценарий. Возглавляемые профессором Златко Папичем из Лидса и доктором Якой Водеб из Юлиха, они использовали квантовую машину с 5 564 кубитами для моделирования распада ложного вакуума – процесса, тесно связанного с происхождением космоса и поведением частиц на самых малых масштабах.
Ключевым инструментом в этом исследовании стал квантовый аннилер, предоставленный компанией D-Wave Quantum Inc. Это устройство позволило исследователям смоделировать поведение пузырьков, образующихся в ложном вакууме. Аналогично тому, как пузырьки пара формируются в перегретой воде, эти квантовые пузырьки представляют собой зародыши новой, более стабильной фазы Вселенной.
Моделирование позволило ученым наблюдать динамику этих пузырьков, включая их формирование, рост и взаимодействие. Особое внимание было уделено тому, как эти пузырьки сталкиваются и влияют друг на друга, что имеет решающее значение для понимания общей картины распада вакуума. Результаты этого исследования опубликованы в престижном журнале Nature Physics.
Сложность заключается в том, что предсказать точное время распада ложного вакуума – задача практически невыполнимая. По оценкам ученых, это может произойти в течение астрономически долгого периода. Однако даже теоретическая возможность такого события заставляет задуматься о фундаментальной стабильности нашей Вселенной.
Интересно отметить, что для проведения этого исследования не потребовались многомиллионные эксперименты на специализированных установках, таких как Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе. Вместо этого исследователи использовали относительно доступный квантовый аннилер, подчеркивая потенциал квантовых вычислений в решении фундаментальных физических проблем.
Исследование проводилось с использованием ресурсов Jülich Supercomputing Center и JUNIQ (Jülich UNified Infrastructure for Quantum computing). Др. Жан-Ив Дезоль, научный сотрудник ISTA, также внес значительный вклад в работу, будучи соавтором статьи и выпускником Университета Лидса. Поддержку оказал также Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), в лице исполнительного директора по стратегии, доктора Кедара Пандья.
Понимание взаимодействия пузырьков в ложном вакууме может привести к значительным улучшениям в управлении ошибками в квантовых системах и выполнении сложных вычислений. Это, в свою очередь, откроет новые возможности для развития квантовых компьютеров и их применения в различных областях, таких как криптография, материаловедение и энергоэффективные вычисления.
Несмотря на то, что в исследовании использовалась одномерная модель, ученые полагают, что создание трехмерных версий возможно на том же самом аннилере. Это позволит получить еще более точное и реалистичное представление о процессе распада ложного вакуума.
Таким образом, квантовое моделирование распада ложного вакуума не только проливает свет на фундаментальные вопросы о происхождении и судьбе Вселенной, но и открывает новые горизонты для развития квантовых технологий. Это захватывающая область исследований, которая может привести к революционным прорывам в науке и технике.
Изображение носит иллюстративный характер
Ученые из Университета Лидса, Forschungszentrum Jülich (Германия) и Института науки и технологий Австрии (ISTA) предприняли смелую попытку заглянуть в этот потенциально катастрофический сценарий. Возглавляемые профессором Златко Папичем из Лидса и доктором Якой Водеб из Юлиха, они использовали квантовую машину с 5 564 кубитами для моделирования распада ложного вакуума – процесса, тесно связанного с происхождением космоса и поведением частиц на самых малых масштабах.
Ключевым инструментом в этом исследовании стал квантовый аннилер, предоставленный компанией D-Wave Quantum Inc. Это устройство позволило исследователям смоделировать поведение пузырьков, образующихся в ложном вакууме. Аналогично тому, как пузырьки пара формируются в перегретой воде, эти квантовые пузырьки представляют собой зародыши новой, более стабильной фазы Вселенной.
Моделирование позволило ученым наблюдать динамику этих пузырьков, включая их формирование, рост и взаимодействие. Особое внимание было уделено тому, как эти пузырьки сталкиваются и влияют друг на друга, что имеет решающее значение для понимания общей картины распада вакуума. Результаты этого исследования опубликованы в престижном журнале Nature Physics.
Сложность заключается в том, что предсказать точное время распада ложного вакуума – задача практически невыполнимая. По оценкам ученых, это может произойти в течение астрономически долгого периода. Однако даже теоретическая возможность такого события заставляет задуматься о фундаментальной стабильности нашей Вселенной.
Интересно отметить, что для проведения этого исследования не потребовались многомиллионные эксперименты на специализированных установках, таких как Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе. Вместо этого исследователи использовали относительно доступный квантовый аннилер, подчеркивая потенциал квантовых вычислений в решении фундаментальных физических проблем.
Исследование проводилось с использованием ресурсов Jülich Supercomputing Center и JUNIQ (Jülich UNified Infrastructure for Quantum computing). Др. Жан-Ив Дезоль, научный сотрудник ISTA, также внес значительный вклад в работу, будучи соавтором статьи и выпускником Университета Лидса. Поддержку оказал также Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), в лице исполнительного директора по стратегии, доктора Кедара Пандья.
Понимание взаимодействия пузырьков в ложном вакууме может привести к значительным улучшениям в управлении ошибками в квантовых системах и выполнении сложных вычислений. Это, в свою очередь, откроет новые возможности для развития квантовых компьютеров и их применения в различных областях, таких как криптография, материаловедение и энергоэффективные вычисления.
Несмотря на то, что в исследовании использовалась одномерная модель, ученые полагают, что создание трехмерных версий возможно на том же самом аннилере. Это позволит получить еще более точное и реалистичное представление о процессе распада ложного вакуума.
Таким образом, квантовое моделирование распада ложного вакуума не только проливает свет на фундаментальные вопросы о происхождении и судьбе Вселенной, но и открывает новые горизонты для развития квантовых технологий. Это захватывающая область исследований, которая может привести к революционным прорывам в науке и технике.
