Квантовый компьютер смоделировал фундаментальные взаимодействия в теории решеток

Учёные использовали квантовый компьютер для моделирования динамики в теории решеток (LGT), чтобы исследовать поведение возбуждений в этой системе. В работе была применена двухмерная решетка сверхпроводящих кубитов, что позволило детально изучить взаимодействия на квантовом уровне.

Сначала исследователи создали простой варьируемый квантовый алгоритм, который позволяет готовить низкоэнергетические состояния с большой степенью совпадения с основным состоянием. Далее они применили локальные операторы для создания возбуждений заряда и использовали дискретизированную эволюцию во времени для симуляции их квантовой динамики. Эксперименты показали, что при увеличении постоянной электрического поля происходит переход от «неконфайнед» (неконфинированной) динамики к «конфайнед» (конфинированной), при которой напряжение возникает на струне, соединяющей два возбуждения.

Эта работа позволила впервые экспериментально визуализировать динамику струн в теории решеток в двух измерениях (2+1D), а также выявить два различных режима в области конфинации: при слабом конфинировании струна сильно колеблется в поперечном направлении, а при сильном конфинировании поперечные колебания практически исчезают.

Кроме того, учёные продемонстрировали условия резонанса, при которых процесс разрушения струн ускоряется. Это открытие открывает новые перспективы для использования квантовых процессоров в исследовании динамики возбуждений и струн в квантовых материалах.

Данная работа представляет собой значительный шаг в развитии квантовых технологий для моделирования и анализа сложных физических процессов, которые невозможно точно предсказать с использованием традиционных методов теоретической физики.