Der Quantencomputer simuliert die Partikelkollision in einer Parton-Dusche

Der von ihnen entwickelte Quantenalgorithmus berücksichtigt die Komplexität der Partonschauer, die darstellen

komplexe Partikelausbrüche, die in entstehenals Folge von Kollisionen, einschließlich der Prozesse der Bildung und des Zerfalls von Partikeln. Klassische Algorithmen, die üblicherweise zur Modellierung von Partonflüssen verwendet werden, wie etwa die beliebten Markov-Ketten-Monte-Carlo-Algorithmen, berücksichtigen mehrere Quanteneffekte nicht.

Der neue Ansatz kombiniert Quanten und KlassikComputing: Die Quantenlösung wird nur für den Teil von Teilchenkollisionen verwendet, der mit der klassischen Berechnung nicht gelöst werden kann, und die klassische Berechnung verwendet, um alle anderen Aspekte von Teilchenkollisionen zu lösen.

Die Forscher bauten das sogenannte SpielzeugModell ist eine vereinfachte Theorie, die auf einem realen Quantencomputer ausgeführt werden kann, aber gleichzeitig eine ziemlich komplexe Natur hat, die es nicht erlaubt, sie mit klassischen Methoden zu modellieren.

„Der Quantenalgorithmus berechnet alles Möglichegleichzeitig die Ergebnisse durch und wählt dann eines aus. Je genauer die Daten werden, desto genauer sollten auch unsere theoretischen Vorhersagen werden. Und irgendwann werden diese Quanteneffekte so groß, dass sie tatsächlich von Bedeutung sind und berücksichtigt werden müssen.“

Christian Bauer, Leiter der theoretischen Gruppe und Hauptforscher für Quantencomputing am Berkeley Lab

Beim Erstellen Ihres QuantenalgorithmusDie Forscher berücksichtigten die verschiedenen Partikelprozesse und -ergebnisse, die bei einer Parton-Dusche auftreten können, unter Berücksichtigung des Partikelzustands, der Geschichte der Partikelemission, ob zuvor Emissionen aufgetreten sind und der Anzahl der in der Dusche erzeugten Partikel. einschließlich getrennter Zählungen für Bosonen und für zwei Arten von Fermionen. Der Quantencomputer berechnete diese Geschichten gleichzeitig und fasste alle möglichen Geschichten in jeder Zwischenstufe zusammen.

Das Forschungsteam verwendete eine MikroschaltungIBM Q Johannesburg ist ein 20-Qubit-Quantencomputer. Jedes Qubit oder Quantenbit kann Null, Eins und einen sogenannten Überlagerungszustand darstellen, in dem es sowohl Null als auch Eins darstellt. Diese Überlagerung macht Qubits im Vergleich zu Standardberechnungsbits, die Null oder Eins darstellen können, einzigartig leistungsfähig.

Forscher haben ein vierstufiges Schema aufgebautein Quantencomputer mit fünf Qubits, und der Algorithmus erfordert 48 Operationen. Die Forscher stellten fest, dass der Grund für die unterschiedlichen Ergebnisse mit dem Quantensimulator höchstwahrscheinlich auf Rauschen im Quantencomputer zurückzuführen ist.

Während die Pionierarbeit des AnwendungsteamsQuantencomputer zu einem vereinfachten Teil der Partikelkolliderdaten sind vielversprechend. Die Forscher versprechen nicht, dass Quantencomputer für mehrere Jahre einen großen Einfluss auf das Gebiet der Hochenergiephysik haben werden, zumindest bis sich die Hardware verbessert. Wenn sich die Hardware verbessert, kann der Quantenalgorithmus mehr Arten von Bosonen und Fermionen berücksichtigen, was seine Genauigkeit verbessert.

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