คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้ควาร์ก

แรงนิวเคลียร์อย่างเข้มคือสิ่งที่ยึดนิวเคลียสของอะตอมไว้ด้วยกัน และความเข้าใจทางคณิตศาสตร์ในปัจจุบันของเราเกี่ยวกับนิวเคลียสได้นำไปสู่ข้อมูลเชิงลึกที่น่าทึ่งเกี่ยวกับธรรมชาติของสสาร ถึงกระนั้น คำถามบางอย่าง เช่น องค์ประกอบของสสารของเอกภพในยุคแรกเริ่ม ก็ยังหลีกเลี่ยงความพยายามอย่างดีที่สุดของนักฟิสิกส์ และการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ของระบอบการปกครองเหล่านี้ยังมีข้อจำกัด

โดยเนื้อแท้

แม้ว่าจะใช้กับเครื่องจักรแบบคลาสสิกที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ก็ตามด้วยข้อจำกัดเหล่านี้ นักฟิสิกส์บางคนจึงหันมาใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัม โดยหวังว่าความสามารถของพวกเขาจะตรงกับข้อกำหนดของการจำลองมากกว่า ทีมร่วมจากมหาวิทยาลัยวอเตอร์ลูและมหาวิทยาลัยยอร์กในแคนาดาทั้งสองแห่ง

ได้มุ่งสู่เป้าหมายนี้แล้วโดยการจำลองปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคสสารโดยใช้คลาสของอัลกอริทึมควอนตัมที่เรียกว่าอัลกอริธึมการแปรผัน งานนี้ทำให้สามารถศึกษาพฤติกรรมของนิวเคลียสหลังจากบิกแบงและในวัตถุทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ เช่น ดาวนิวตรอน ซึ่งเป็นระบบที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ในคอมพิวเตอร์

แบบดั้งเดิมจำลองกองกำลังพื้นฐานในทฤษฎีควอนตัมของอันตรกิริยาแม่เหล็กไฟฟ้า (รู้จักกันในชื่อควอนตัมอิเล็กโทรไดนามิกส์หรือ QED) อนุภาคที่นำพาแรงแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งก็คือโฟตอนจะไม่ทำอันตรกิริยากับตัวเองโดยตรง ทฤษฎีประเภทนี้เรียกว่าทฤษฎี Abelian gauge ในทางตรงกันข้าม 

ทฤษฎีของแรงที่แรง (เรียกว่าควอนตัมโครโมไดนามิกส์หรือ QCD) นั้นไม่ใช่ของอาเบเลียน และอนุภาคที่รับแรงซึ่งเรียกว่ากลูออนจะมีปฏิกิริยาซึ่งกันและกัน อันตรกิริยานี้ทำให้เกิดอนุภาคเชิงประกอบที่หลากหลาย รวมทั้งแบริออน เช่น โปรตอนและนิวตรอน ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคสสารสามชนิดที่เรียกว่าควาร์ก 

และเมซอน ซึ่งเป็นคู่ของควาร์ก-แอนติควาร์ก “ทฤษฎีมาตรวัดที่ไม่ใช่อาเบลเลียนเป็นพื้นฐานของการก่อตัวของสสารรอบตัวเรา และจำเป็นสำหรับคำอธิบายทั้งหมดของจักรวาลของเรา” Jinglei Zhangนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ Waterloo และผู้เขียนบทความที่อธิบายเกี่ยวกับควอนตัมล่าสุดอธิบาย การจำลอง

แม้ว่า

การคาดคะเนใน QCD จะมีความสำคัญต่อความเข้าใจของเราเกี่ยวกับเอกภพของเรา แต่ก็ไม่ได้ปราศจากความท้าทาย เนื่องจากธรรมชาติของอันตรกิริยาของกลูออน เฉพาะที่พลังงานสูงสุดเท่านั้นที่ควาร์กจะเป็นอิสระจากพันธะกับควาร์กตัวอื่นได้ คุณสมบัตินี้เรียกว่าการกักขัง เกิดขึ้นเนื่องจากความแรง

ของแรงที่เพิ่มขึ้นตามพลังงานที่ลดลง น่าเสียดาย วิธีนี้ทำให้ไม่สามารถคำนวณหรือแม้แต่ประมาณกระบวนการของอนุภาคโดยใช้วิธีการทางคณิตศาสตร์ที่มักใช้ในทฤษฎีง่ายๆ เช่น QEDนักฟิสิกส์ต้องใช้กลยุทธ์ทางเลือก: จำลองควาร์กและกลูออนในคอมพิวเตอร์ แต่วิธีนี้ก็มีข้อจำกัดเช่นกัน 

แม้ว่าการคาดคะเนทางทฤษฎีมักจะทำโดยสมมติว่ากาลอวกาศต่อเนื่องกัน เช่นเดียวกับที่เราคิดว่าเราอาศัยอยู่ แต่สิ่งนี้ไม่สามารถทำได้บนคอมพิวเตอร์ ควาร์กต้องถูกจำกัดให้เป็นจุดบนกริด คั่นด้วยระยะทางคงที่และเชื่อมต่อกันด้วยกลูออนที่รับแรง วิธีการนี้ซึ่งแยกพื้นที่ออกจากกัน เรียกว่า lattice QCD 

มีสองกรอบสำหรับการนำไปใช้กับคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก เฟรมเวิร์กแรกแยกเวลาและพื้นที่ออกจากกัน ซึ่งทำให้ไม่สามารถจำลองไดนามิกของระบบได้ และทำให้เกิดสิ่งกีดขวางที่เรียกว่าปัญหาสัญญาณ ปัญหานี้เกิดขึ้นเมื่อคำนวณการคาดการณ์สำหรับควาร์กและกลูออนที่พลังงานสูง ซึ่งผลบวกและลบ

เกือบจะเหมือนกัน จากนั้นการจำลองจะต้องมีความแม่นยำอย่างเหลือเชื่อเพื่อให้คาดการณ์ได้อย่างแม่นยำ กรอบที่สองรักษาธรรมชาติของเวลาอย่างต่อเนื่อง แต่พบปัญหาที่แตกต่าง: เวลาในการสร้างการคาดการณ์เพิ่มขึ้นแบบทวีคูณตามจำนวนของอนุภาค ซึ่งจำกัดการบังคับใช้กับระบบที่มีขนาด

ค่อนข้างเล็ก

คอมพิวเตอร์ควอนตัมอาจช่วยแก้ปัญหาได้ ภายในกรอบเวลาต่อเนื่อง ความจริงที่ว่าควอนตัมบิตหรือ qubits มีอยู่ในการซ้อนทับพร้อมกันของหลายสถานะทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นอิสระจากการปรับขนาดแบบเอ็กซ์โปเนนเชียลที่รบกวนคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก โดยหลักการแล้วเสรีภาพนี้

ทำให้นักฟิสิกส์สามารถขยายตาข่าย QCD ไปสู่ระบอบการปกครองที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ก่อนหน้านี้

การคำนวณด้วยตัวประมวลผลควอนตัมที่ผิดพลาดได้ง่ายอย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ โปรเซสเซอร์ควอนตัมในปัจจุบันมีขนาดค่อนข้างเล็กและจำกัดในด้านอรรถประโยชน์ สาเหตุหลักมาจากเสียงรบกวน

ที่เกิดจากการทำงานร่วมกันระหว่างคอมพิวเตอร์ควอนตัมกับสภาพแวดล้อมโดยรอบ โชคดีที่คลาสของขั้นตอนการคำนวณควอนตัมที่เรียกว่าอัลกอริธึมควอนตัมแบบแปรผันนั้นทนทานต่อสัญญาณรบกวนอย่างน่าทึ่ง ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถใช้อุปกรณ์ควอนตัมระดับกลาง (NISQ) ที่มีเสียงดังเหล่านี้ได้

ในอัลกอริทึมควอนตัมแบบแปรผัน ตัวประมวลผลควอนตัมทำงานร่วมกับตัวประมวลผลแบบดั้งเดิมเพื่อให้งานสำเร็จ เช่นเดียวกับอัลกอริธึมควอนตัมอื่นๆ ตัวประมวลผลควอนตัมใช้ลำดับของเกตที่ประกอบด้วยวงจรควอนตัม และเกตเหล่านี้ทำหน้าที่บนชุดของคิวบิตที่เรียกว่ารีจิสเตอร์ ข้อแตกต่าง

คือสำหรับอัลกอริทึมควอนตัมแบบแปรผัน ประตูเหล่านี้บางส่วนสามารถปรับได้ด้วยพารามิเตอร์ควบคุมตัวแปรเพื่อสร้างตระกูลของการดำเนินการควอนตัมที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างเช่น แต่ละควิบิตสามารถควบคุมได้โดย “มุมการหมุน” ซึ่งจะแปลงสถานะควิบิตอย่างเป็นระบบไปสู่การซ้อนทับใหม่ของศูนย์และหนึ่ง 

จากการสังเกตความผันผวนของความสว่างที่เกิดขึ้น ทีมงานของ Pelisoli ยืนยันว่าดาวฤกษ์หมุนรอบตัวเองทุก ๆ 24.9 วินาที สิ่งนี้ทำให้มันเป็นดาวแคระขาวที่หมุนรอบตัวเองเร็วที่สุดที่สำรวจจนถึงปัจจุบัน: เร็วกว่าบันทึกก่อนหน้าเกือบ 20% เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว โลกหมุนรอบตัวเองทุกๆ 24 ชั่วโมง และดวงอาทิตย์หมุนรอบตัวเองทุกๆ 27 วัน

Credit : ฝากถอนไม่มีขั้นต่ำ / สล็อตแตกง่าย