کامپیوتر کوانتومی می تواند آغاز جهان را شبیه سازی کند!

بیگ بنگ: ذرات بنیادی سازنده و بنیان ماده هستند و خواص آنها توسط مدل استاندارد توضیح داده می شود. اکتشاف بوزون هیگز در سال ۲۰۱۲ به منزله مهر تاییدی دیگر بر مدل استاندارد کوانتومی بود. به هرحال هنوز خیلی از جنبه های این مدل قابل درک نیستند چرا که پیچیدگی شان باعث می شود که نتوان آنها را به درستی با استفاده از کامپیوترهای معمولی بررسی و آزمایش کرد. کامپیوتر های کوانتومی ممکن است راهی برای غلبه بر این مشکل باشند چرا که می توانند جنبه های اساسی مدل استاندارد را شبیه سازی کنند. این تحقیق می تواند جنبه های پنهان جهان را آشکار کند، یعنی از دل ستاره های نوترونی تا لحظات اولیه جهان پس از بیگ بنگ را شبیه سازی کند.

به وجود آمدن خود به خودی ذرات در خلاء از هیچ

به وجود آمدن خود به خودی ذرات در خلاء از هیچ

به گزارش بیگ بنگ، فیزیکدانان دانشگاه اینسبروک (Innsbruck) و موسسه کوانتومی و اطلاعات کوانتومی(IQOQI) در آکادمی دانشمندان استرالیا دقیقا توانستند چنین شبیه سازی را انجام دهند. آنها تئوری اندازه گیری شبکه را در یک کامپیوتر کوانتومی شبیه سازی کرده اند و در مورد این تحقیقات در مجله نیچر توضیح داده اند.

شبیه سازی ذرات پاد ماده با استفاده از یک کامپیوتر کوانتومی

تئوری های اندازه گیری(Gauge theories) در مورد اثر متقابل دو ذره بنیادی توضیح می دهد. مانند کوارک ها یا گلئون ها و این نظریه ها پایه و اساس فهم ما درباره ی اثرات بنیادی است. برای مثال برخورد ذرات بنیادی یا ایجاد خود به خودی ذرات که تحقیق مستقیم بر روی آنها سخت و مشکل است. کریستین میشک نظریه پرداز فیزیکی موسسه کوانتومی توضیح می دهد که: دانشمندان به سرعت به نهایت حد استفاده از کامپیوتر های معمولی و کلاسیک رسیدند، به عنوان مثال پیشنهاد شده بود که این پروسه های کوانتومی شبیه سازی شود ولی در سال های اخیر تعداد زیادی از این مفاهیم جذاب غیر قابل شبیه سازی و فهم بودند.

هم اکنون ما فکری را توسعه داده ایم که با استفاده از کامپیوتر های کوانتومی به ما در شبیه سازی به وجود آمدن خود به خودی الکترون و پوزیترون در خلاء کمک می کند. در ادامه کریستین می گوید سیستم کوانتومی شامل چهار یون الکترومغناطیسی کلسیم که به تله افتاده اند و توسط پالس های لیزر کنترل می شوند، است. هر جفت از یون ها نشان دهنده یک جفت ذره و پاد ذره است.

quantum-computer-internet-illos-660x433مارتینز دانش پژوهش تجربی می گوید: ما از پالس های لیزر برای شبیه سازی میدان الکترومغناطیسی در خلاء استفاده می کنیم و در نهایت قادر هستیم که ساخته شدن خود به خودی ذرات توسط نوسانات کوانتومی در خلاء را مشاهده کنیم. با نگاه کردن به یون های فلوئورسنس در نهایت خواهیم فهمید که آیا ذرات و پاد ذرات ساخته شده اند یا خیر. همچنین تغییر دادن پارامترهای کوانتومی ما را قادر می سازد که  بتوانیم روند ساخته شدن خود به خودی ذرات را مشاهده و مطالعه کنیم.

ترکیب رشته های مختلف فیزیک

با این آزمایش ، فیزیکدانان اینسبروک پلی بین دو رشته ی فیزیک ساختند، آنها از آزمایش های فیزیک اتمی برای مطالعه و پاسخگویی به سوالات فیزیک ِ ذرات پر انرژی استفاده کردند. در حالی که هزاران فیزیکدان نظری در شتاب دهنده بزرگ هادرونی در سرن با استفاده از امکانات گران در حال آزمایش بر روی مدل استاندارد هستند، شبیه سازی کوانتومی می تواند در گروه های کوچک آزمایش شود. این دو روش به خوبی می توانند مکمل یک دیگر باشند. پیتر زولر دانشمند نظری می گوید: ما نمی توانیم آزمایش هایی که با استفاده از برخورد دهنده ذرات انجام می شود را جایگزین کنیم، اما با توسعه شبیه ساز های کوانتومی، ما توان درک بهتر آزمایش های انجام شده توسط برخورد دهنده ذرات را خواهیم داشت.

همچنین پژوهشگر تجربی راینر بلت اضافه می کند: ما می توانیم فرآیندهای جدیدی را به وسیله شبیه سازی کوانتومی مطالعه کنیم. به عنوان مثال در آزمایش، ما درهم تنیدگی ذرات تولید شده را نیز بررسی کردیم که در شتاب دهنده های ذرات مقدور نیست. در نهایت فیزیکدانان متقاعد شده اند که آینده شبیه سازی کوانتومی پتانسیل حل سوالات مهمی که در فیزیک ذرات محققان قادر به پاسخگویی به آنها نیستند را دارد.

quantum-entanglement-storage-lblپایه و اساس برای یک رشته تحقیقی جدید

همین چند سال پیش بود که پیشنهاد ترکیب دو رشته ی فیزیک ذرات پر انرژی و فیزیک اتمی، داده شد. با کارهایی که اخیرا انجام شده، این امر به طور تجربی برای اولین بار محقق شده است. این رویکرد خیلی با شبیه سازی های کوانتومی پیشین که توسط تعداد زیادی از فیزیکدانان و شیمیدانان کوانتومی انجام شده، متفاوت است. این شبیه سازی از نظر تئوری به شدت پیچیده و علاوه بر این به شرایط خیلی خاص نیاز دارد. چراکه توسعه دادن پروتکل مناسب برای این کار به شدت سخت است. اما فیزیکدانان تجربی خواستار ایجاد چنین شرایطی هستند.

این آزمایش یکی از پیچیده ترین آزمایش هایی  است که با یون های گیر افتاده در کامپیوتر کوانتومی انجام شده است. بلت می گوید: ما هنوز در حال فکر بر روی این مسئله هستیم که چگونه این شبیه سازی کوانتومی کار می کند و چگونه رفته رفته می خواهد بر روی پدیده های چالش برانگیز بیشتری اجرا شود. نظریه پرداز بزرگ و همچنین محقق متخصص برای دستیابی به موفقیت حیاتی هستند. بلت و زولر هر دو بر این مسئله تاکید دارند که برای سال های زیادی تحقیق بر روی کامپیوتر های کوانتومی داشته و هم اکنون تجربه زیادی برای پیاده سازی انها دارند. اینسبروک به یکی از مراکز راهبردی تحقیقات بر روی فیزیک کوانتومی تبدیل شده است. در آنجا نظریه پردازان و پژوهشگران شاخه های مختلف با یکدیگر در بالاترین سطح همکاری می کنند که آنها را قادر می سازد که بینش های جدیدی درباره پدیده های اساسی بدست آورند. دانشمندان از نظر مالی توسط دانشگاه اینسبروک، موسسه کوانتوم اپتیک و اطلاعات کوانتومی، صندوق علمی اتریش (FWF)، اتحادیه اروپا  و دیگران حمایت می شوند. جزئیات بیشتر این پژوهش در مجله ی Nature منتشر شده است.

سایت علمی بیگ بنگ / منبع: sciencedaily.com

image_pdfimage_print
(18 نفر , میانگین : 4٫72 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=53956

سمیر الله وردی

کارشناس عمران، علاقمند به نجوم، کیهان شناسی، فیزیک و تکنولوژی های جدید می باشد و بعنوان نویسنده علمی- نجومی در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *