‍ 🔴 مدل‌سازی یک فرآیند کلیدی فیزیک ذرات به کمک سخت‌افزار کوانتومی IBM

🔹در شبیه‌سازی جدیدی که توسط «آنتونی سیاوارلا» از آزمایشگاه ملی لارنس برکلی (Berkeley Lab) و با دسترسی از راه دور به سخت‌افزار کوانتومی شرکت #IBM، از طریق برنامه کاربردی محاسبات کوانتومی آزمایشگاه اوک ریج (QCUP)، انجام شد، فرآیند بنیادی «هادرونیزاسیون» (Hadronization) در فیزیک ذرات با موفقیت شبیه‌سازی گردید.

🔸هادرونیزاسیون به فرآیندی گفته میشود که در آن کوارک‌ها (Quarks) – یعنی بلوکهای سازنده زیراتمی ماده – از طریق نیروی هسته‌ای قوی (Strong Nuclear Force) به یکدیگر متصل شده و ذرات مرکبی به نام #هادرون (Hadron) را تشکیل میدهند؛ پروتون‌ها و نوترون‌ها معروفترین نمونه‌های این هادرون‌ها هستند.

🔹اگرچه نظریه توصیف‌کننده این فرآیند یعنی #کرومودینامیک_کوانتومی (Quantum Chromodynamics - QCD) شناخته‌شده است، اما محاسبات دقیق آن برای رایانه‌های کلاسیک به دلیل پیچیدگی نمایی غیرممکن است، چراکه باید تمام حالات کوانتومی ذرات را به‌صورت مجزا نمایش دهند؛ درحالی‌که کیوبیت‌ها میتوانند این سیستم‌ها را به‌طور طبیعی و با توان پردازشی نمایی شبیه‌سازی کنند.

❗در این پروژه که نتایج آن در Physical Review D منتشر شده، از پردازنده Heron شرکت IBM با معماری ۱۵۶ کیوبیتی استفاده شد و محققان با به‌کارگیری ۱۰۴ کیوبیت از این پردازنده، به شبیه‌سازی فرآیند «گسیختگی ریسمان» (String Breaking) پرداختند.

🔸این گسیختگی هنگامی رخ میدهد که ریسمان‌های گلوئونی (Gluon Strings) – که کوارکها را به هم متصل میکنند – تحت کشش ناشی از برخورد و جدا شدن کوارکها، انرژی کافی جذب کرده و در نهایت پاره شده و با تشکیل جفت‌های جدید کوارک-پادکوارک (Quark-Antiquark Pairs)، به هادرون تبدیل میشوند.

🔹آنتونی سیاوارلا برای کاهش پیچیدگی محاسبات، از «حد کوارک سنگین» (Heavy Quark Limit) استفاده کرد که در آن کوارکهای دارای جرم بیشتر (مانند کوارکهای ته یا سر) به‌دلیل پهن‌شدگی کمتر، به‌راحتی روی شبکه شبیه‌سازی (Simulation Grid) قابل نمایش هستند و سپس نتایج به کوارکهای سبک تعمیم داده میشوند.

🔸همچنین او از روش محاسباتی Scalable Circuit Concurrent Variational Quantum Solver که پیشتر خودش توسعه داده بود، برای آماده‌سازی کیوبیت‌ها در حالت Quantum Vacuum State – یعنی پایین‌ترین سطح انرژی با بیشترین پایداری – استفاده کرد تا بتواند پارامترهای مدار را در اندازه‌های کوچک (۱۰ تا ۱۲ کیوبیت) بهینه کرده و سپس به سیستم‌های بزرگتر تعمیم دهد.

🔹شبیه‌سازی مذکور در یک بعد و با حرکت ذرات تنها در یک خط راست انجام شد تا قابلیت‌های سختافزار موجود محک زده شود؛ هرچند سیاوارلا قصد دارد در گام بعدی با الگوریتم‌های بهبودیافته و سخت‌افزار پیشرفته‌تر، بعد دوم را نیز اضافه کند.

❗نتایج این #شبیه‌سازی_کوانتومی با محاسبات قبلی که روی ابررایانه‌های کلاسیک انجام شده بود، مطابقت کامل داشت و جالب‌تر اینکه مشخص شد در میانه ریسمان گلوئونی، پیش از جدایی، رفتار شبیه به یک گاز با دمای محدود از خود نشان میدهد که در صورت تکرارپذیری در مدل‌های ساده‌شده مختلف، میتواند نشانه‌ای از یک ویژگی واقعی در QCD باشد.

🔸این موفقیت گامی مهم در جهت توسعه تکنیک‌های محاسباتی برای شبیه‌سازی QCD سیستم‌های بزرگ زیراتمی بر روی رایانه‌های کوانتومی نسل آینده محسوب میشود و میتواند به جستجوی فیزیک جدید در برخورددهندههایی مانند LHC کمک شایانی کند.

📎لینک خبر
🟰🟰🟰🟰🟰🟰🟰🟰🟰🟰
🟢join: @QuantumTEQ
🌐Website
🔵LinkedIn

#اخبار #فیزیک_ذرات