Isang Hindi Inaasahang Pag-ikot sa Quantum Physics Maaaring Maipaliwanag ang Imbalanse ng Matter / Antimatter

Kakulangan ng mahusay na proporsyon sa qubits, hindi maitama ang mga error dito computing ng kabuuanngunit maaari nitong ipaliwanag ang kawalan ng timbang ng bagay / antimatter.

Ang hindi inaasahang pag-ikot sa teorya ng Kibble-Zurek ay nag-aalok ng isang bagong diskarte sa paglutas ng dalawang bantog na mga problema sa pisika na nauugnay sa matter / antimatter asymmetry at paghihiwalay ng isotope.

Ang isang pangkat ng mga teoretiko ng kabuuan na naghahanap upang pagalingin ang isang pangunahing problema sa mga computer ng kabuuan ng pagsusubo – kailangan nilang gumana sa isang medyo mabagal na bilis upang gumana nang maayos – sa halip ay natagpuan ang isang bagay na kawili-wili. Habang iniimbestigahan kung paano gumaganap ang mga quantum annealer kapag pinatakbo nang mas mabilis kaysa sa nilalayon, hindi inaasahan ng koponan ang isang bagong epekto at isang bagong diskarte upang paghiwalayin ang mga isotop na maaaring ipaliwanag ang hindi balanseng pamamahagi ng bagay at antimatter sa uniberso.

“Habang ang aming pagtuklas ay hindi nagpapabuti sa paghihigpit sa oras ng pagsusubo, nagdala ito ngayon ng isang klase ng mga bagong problema sa pisika na maaaring magtrabaho kasama ang mga quantum annealer nang hindi kinakailangang maging masyadong mabagal,” sabi ni Nikolai Sinitsyn, isang teoretikal na pisiko sa Los Alamos National Laboratory. Sinitsyn ay ang may-akda ng artikulong nai-publish noong Pebrero 19, 2021. Mga Sulat sa Physical Reviewkasama sina Bin Yan at Wojciech Zurek, kapwa mula sa Los Alamos, at Vladimir Chernyak ng Wayne State University.

Mahalaga, ang paghahanap na ito ay nagbibigay ng mga pahiwatig kung paano maaaring malutas ang hindi bababa sa dalawang bantog na mga pang-agham na problema sa hinaharap. Ang una ay ang maliwanag na kawalaan ng simetrya sa pagitan ng bagay at antimatter sa uniberso.

“Naniniwala kami na ang maliliit na pagbabago na ginawa sa mga kamakailang eksperimento sa pamamagitan ng pagsusukat ng kabuuan ng mga nakikipag-ugnay na qubits na binubuo ng mga ultra-cold atoms sa mga yugto ng paglipat ay magiging sapat upang maipakita ang aming epekto,” sinabi ni Sinitsyn.

Isang Hindi Inaasahang Pag-ikot sa Teoryang Kibble-Zurek

Ang isang bagong artikulo na naglalayong pagbutihin ang isang hadlang sa oras sa pagsusukat ng mga computer sa kabuuan ay nagbukas ng isang bagong klase ng mga problema sa pisika na maaaring mapag-aralan sa mga quantum annealer na hindi hinihiling na maging masyadong mabagal. Kredito: Los Alamos National Laboratory

Pagpapaliwanag ng hindi pagkakapare-pareho ng bagay / antimatter

Ang parehong bagay at antimatter ay nagresulta mula sa mga salpok ng enerhiya na ginawa sa pagsilang ng sansinukob. Ang simetrya sa pagitan ng pakikipag-ugnay ng bagay at antimatter ay nasira, ngunit ito ay masyadong mahina. Hindi pa rin malinaw na malinaw kung paano ang banayad na pagkakaiba na ito ay maaaring humantong sa napansin na malaking pangingibabaw ng bagay sa paglipas ng antimatter sa isang saklaw ng cosmological.

Ang bagong natuklasang epekto ay nagpapahiwatig na ang naturang kawalaan ng simetrya ay posible sa pisikal. Ito ay nangyayari kapag ang isang malaking sistema ng kabuuan ay dumaan sa isang yugto ng paglipat, iyon ay, isang napaka-matalim na muling pag-aayos ng estado ng kabuuan. Sa mga ganitong kaso, ang malalakas ngunit simetriko na mga pakikipag-ugnayan ay halos magbabayad para sa bawat isa. Ang banayad, pangmatagalang pagkakaiba ay maaaring gampanan ang isang mapagpasyang papel.

Ang paggawa ng mga quantum annealer ay sapat na mabagal

Ang mga computer ng pagsusubo ng kwantum ay nilikha upang malutas ang mga problema sa kumplikadong pag-optimize sa pamamagitan ng pag-uugnay ng mga variable sa mga estado ng kabuuan o qubits. Hindi tulad ng mga binary bit ng isang maginoo computer, na maaari lamang magkaroon ng isang estado o halaga ng 0 o 1, ang qubits ay maaaring nasa dami ng superposisyon ng mga halaga sa pagitan nila. Dito nakukuha ng lahat ng mga computer na kabuuan ang kanilang mabibigat na lakas, kahit na higit sa lahat ay hindi pa nagamit.

Sa isang quantum annealing computer, ang qubits ay paunang inihanda sa isang simpleng pinakamababang estado ng enerhiya sa pamamagitan ng paglalapat ng isang malakas na panlabas na magnetic field. Ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga qubit ay mabagal na buksan habang ang lugar na ito ay dahan-dahang sarado.

“Sa isip, ang isang pagsusubo ay tatakbo nang sapat na mabagal upang tumakbo na may kaunting error, ngunit dahil sa hindi pagkakatugma kinakailangan na patakbuhin ang annealer. Mas mabilis,” Paliwanag ni Yan. Tiningnan ng koponan ang epektong nangyayari kapag ang mga temperer ay tumatakbo nang mas mabilis, na nililimitahan ang mga ito sa isang limitadong oras ng pagtakbo.

“Ayon sa adiabatic theorem sa mga quantum na mekanika, kung ang lahat ng mga pagbabago ay napakabagal, kunwari ay mabagal ang pagbuo, pagkatapos ay dapat laging manatili ang mga qubit sa pinakamababang estado ng enerhiya,” sinabi ni Sinitsyn. “Samakatuwid, kapag sa wakas ay nasusukat natin ang mga ito, nakita namin ang nais na pagsasaayos ng 0 at 1 na tinitingnan ang pagpapaandar ng interes at imposibleng makamit gamit ang isang modernong klasikong computer.”

Pinipigilan ang pagiging matino

Gayunpaman, ang kasalukuyang magagamit na mga quantum annealer, tulad ng lahat ng mga computer na kabuuan sa ngayon, ay hinahadlangan ng mga pakikipag-ugnayan ng kanilang qubits sa nakapaligid na kapaligiran, na nagreresulta sa hindi pagkakatugma. Ang mga pakikipag-ugnayan na ito ay naglilimita sa dalisay na pag-uugali ng kabuuan ng mga qubit hanggang sa isang milyong isang segundo. Sa panahong ito, ang mga pagkalkula ay dapat na mabilis – hindi nakakapagod – at ang hindi ginustong pagpapasigla ng enerhiya ay binabago ang estado ng kabuuan, na inilalantad ang mga hindi maiiwasang pagkakamali sa computational.

Ang teorya ng Kibble-Zurek, na binuo ni Wojciech Zurek, ay hinuhulaan na ang karamihan sa mga pagkakamali ay nangyayari kapag ang mga qubits ay nakatagpo ng isang yugto ng paglipat, iyon ay, isang napakatalim na muling pagsasaayos ng mga kolektibong dami ng estado.

Para sa artikulong ito, ang koponan ay nagtrabaho sa isang malulutas na modelo na kilala na may magkaparehong mga qubit na nakikipag-ugnay sa kanilang mga kapit-bahay sa isang kadena lamang; ang modelo ay pinag-aaralan na nagpapatunay ng teorya ng Kibble-Zurek. Sa pakikipagsapalaran ng mga teoretista upang mapagbuti ang limitadong runtime sa mga computer ng kabuuan ng pagsusubo, nadagdagan nila ang pagiging kumplikado ng modelong ito sa pag-aakalang ang qubits ay maaaring nahahati sa dalawang pangkat na may magkatulad na pakikipag-ugnayan sa loob ng bawat pangkat ngunit bahagyang magkakaiba ng mga pakikipag-ugnayan para sa mga qubit mula sa iba’t ibang mga pangkat.

Sa ganitong pinaghalong, natuklasan nila ang isang hindi pangkaraniwang epekto: Ang isang pangkat ay gumawa pa rin ng isang malaking halaga ng pagganyak ng enerhiya sa paglipat mula sa isang yugto ng paglipat, ngunit ang iba pang grupo ay nanatili sa isang minimum na antas ng enerhiya na parang ang sistema ay hindi nakaranas ng anumang mga pagbabago sa yugto. .

“Ang modelo na ginagamit namin ay napaka-simetriko upang malulutas, at nakakita kami ng isang paraan upang mapalawak ang modelo, masira ang simetri na ito at malutas pa rin ito,” sabi ni Sinitsyn. “Pagkatapos ay nakita namin na ang teorya ng Kibble-Zurek ay nakaligtas, ngunit sa isang pag-ikot – kalahati ng mga qubit ay hindi nawawala ang lakas at kumilos” nang maayos. Sa madaling salita, pinananatili nila ang kanilang ground state. “

Sa kasamaang palad, ang iba pang kalahati ng mga qubit ay gumawa ng maraming mga pagkakamali sa computational – kaya’t walang lunas sa ngayon para sa paglipat mula sa isang yugto ng paglipat sa mga computer ng kabuuan ng pagsusubo.

Isang bagong paraan upang paghiwalayin ang mga isotop

Ang isa pang matagal na problema na maaaring samantalahin ang epektong ito ay ang paghihiwalay ng isotope. Halimbawa, ang natural na uranium ay karaniwang dapat na hatiin sa enriched at naubos na mga isotopes upang ang enriched uranium ay maaaring magamit para sa nukleyar na enerhiya o pambansang mga layuning pangseguridad. Ang kasalukuyang proseso ng paghihiwalay ay magastos at masinsinang enerhiya. Ang natuklasan na epekto ay nangangahulugang ang pakikipag-ugnay ng labis na malamig na mga atomo ay pumasa nang pabago-bago sa pamamagitan ng isang paglipat ng kabuuan ng yugto, nangangahulugan na ang iba’t ibang mga isotop ay maaaring mapili ng nasasabik at nasasabik at pagkatapos ay pinaghiwalay gamit ang umiiral na diskarteng magnetikong pagpapalihis.

Sanggunian: “Transisyon na Hindi-Adiabatic Phase na may Broken Chiral Symmetry” Bin Yan, Vladimir Y. Chernyak (Wayne State University), Wojciech H. Zurek at Nikolai A. Sinitsyn. 19 Peb 2021, Mga Sulat sa Physical Review.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.070602

Pagpopondo: Ang pag-aaral na ito ay isinasagawa sa ilalim ng suporta ng Kagawaran ng Enerhiya ng Estados Unidos, Opisina ng Agham, Kagawaran ng Pangunahing Mga Agham na Enerhiya, Materyal na Agham at Engineering, Programa ng Teorya ng Kondensadong Matindi. Kinikilala din ni Bin Yan ang suporta mula sa Center for Nonlinear Studies sa LANL.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang lumalaking problema ng “malalim na heograpiya”

Ang maaaring mukhang isang imahe ng Tacoma ay talagang isang simulate na nilikha sa pamamagitan ng paglilipat ng mga biswal na imahe ng Beijing...

Bagong Milky Way Exterior Destroyers Bagong Sky Map ay Inilabas – Madilim na Mahalagang Mga Konsepto ay Maaaring Magbigay ng Bagong Eksperimento

Ang mga astronomo ay naglabas ng isang bagong celestial map ng Milky Way galaxy na pinakamalapit sa aming kalawakan. Kredito: NASA / JPL-Caltech...

Susunod na Generation Stable Pop-Up na Istraktura na inspirasyon ni Origami

Ni Harvard John A. Paulson School of Engineering at Applied Science Abril 22, 2021 Ang hindi masusunog na kanlungan na ito ay hindi natatakpan ng makapal...

Pinalitan ng DNA ang Y Chromosome na Nag-aambag ng Maikling Buhay na Buhay sa Mga Lipad ng Lalaki

Pagpapayaman ng Heterochromatin sa lahat ng mga chromosome. Immunofluorescence stain ng H3K9me3 sa male mitotic chromosome. Bar scale ay 50μm. Kredito:...

Pinapayagan ng mga polimer na kumakain ng polimer ang “biodegradable” na mga plastik na tunay na masusunog

Ang ginagamot na plastik (kaliwa) ay naghiwalay pagkatapos ng tatlong araw lamang sa karaniwang pag-aabono (kanan) at ganap na makalipas ang dalawang linggo. ...

Newsletter

Subscribe to stay updated.