Современная физика описывает Вселенную через квантовую теорию поля — сложную модель, где все элементарные частицы представляют собой возбуждения соответствующих квантовых полей. Эти частицы взаимодействуют друг с другом с помощью различных сил — электромагнитной, ядерной, гравитационной и других. Полноценное моделирование такого мира невероятно сложно даже для самых мощных суперкомпьютеров. Однако учёные нашли способ преодолеть этот барьер.
Дело в том, что классические компьютеры оперируют нулями и единицами, а даже квантовые компьютеры с их двоичными кубитами быстро сталкиваются с нехваткой вычислительных ресурсов. Решение — использовать кудиты, которые могут находиться не в двух, а в трёх, четырёх, пяти и более состояниях. Такой подход значительно увеличивает вычислительную мощность. Именно кудиты помогли исследователям из Австрии и Канады создать квантовую симуляцию взаимодействий частиц в двухмерном пространстве — важный шаг на пути к полной модели Вселенной.
В 2016 году Университет Инсбрука впервые продемонстрировал моделирование пар частица-античастица, но с ограничением движения по одной оси. Теперь же удалось перейти к двум измерениям и даже учитывать магнитные поля, что делает модель ближе к реальной физике. В этой работе использовались куквинты — особые кудиты с пятью квантовыми состояниями. Физическая система была создана в Австрии, а алгоритмы для симуляции — в Канаде.
Исследователи считают, что это только начало. В будущем они планируют добавить трёхмерные модели, а также учесть ядерное взаимодействие, которое играет ключевую роль в структуре материи. «Мы воодушевлены тем, что квантовые компьютеры могут помочь ответить на фундаментальные вопросы физики», — говорят учёные.
Если развитие квантовых вычислений продолжится, возможно, в ближайшие годы мы сможем смоделировать Вселенную на её самом глубоком уровне и получить ответы на вопросы, которые раньше казались недоступными.
