Обнаружение магических верхних кварков на Большом адронном коллайдере

В ноябре журнал Quanta опубликовал статью, посвящённую обнаружению «магических» верхних кварков на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРН. Ученые объяснили, что этот «магический» эффект отражает интересный сдвиг в работе БАК, поскольку исследователи осознают, насколько полезными могут быть его возможности для квантовых вычислений. Большой адронный коллайдер, который в сентябре этого года станет достаточно взрослым, чтобы голосовать, эволюционирует, чтобы помочь квантовым учёным в их исследованиях о информации, помимо своих основных задач в области физики и космологии.

Экспериментальные площадки БАК

Под одной гигантской крышей расположены сам коллайдер и четыре экспериментальные площадки, где установлены детекторы частиц, такие как ATLAS и CMS, для регистрации столкновений и частиц. Каждая площадка может проводить несколько экспериментов одновременно, и учёные со всего мира записываются, чтобы использовать эти мощные инструменты и данные.

Квантовые запутанности верхних кварков

Как сообщает Quanta, ATLAS стал объектом обсуждения благодаря способности принимать и наблюдать рекордные квантовые запутанности. Внутри БАК учёные сталкивают протоны друг с другом, что приводит к образованию верхнего кварка и антиверхнего кварка — самых тяжелых известных элементарных частиц. Из-за их значительной массы верхний кварк и антиверхний кварк требуют больше времени для рекомбинации, в то время как частицы распадаются.

Это оставляет своего рода квантовый след, который указывает на то, как эти две частицы были запутаны. Исследователи смогли показать, что верхний кварк и антиверхний кварк демонстрируют высокий уровень запутанности, что может сделать квантовые компьютеры быстрее традиционных компьютеров.

Кубиты и квантовые вычисления

Квантовые вычисления основаны на концепции квантовых битов, или кубитов, которые могут заменить традиционные биты данных. В теории, любое состояние «включено» и «выключено» может быть преобразовано в бинарный код для вычислений. Логика компьютера представляет собой цепь физических элементов, наподобие выключателей света. Если две точки соединены, «свет» включается, и компьютер может создавать различные потоки информации. Электроны или фотоны могут находиться в строго «включенном» или «выключенном» состоянии и разгоняются до максимальных возможных скоростей.

Преимущества квантовых систем

Однако квантовые системы могут демонстрировать не только состояния «включено» и «выключено» благодаря своим сложным состояниям. Ученых волнует поиск специфических квантовых систем, которые наилучшим образом выделяют это преимущество. В противном случае не будет смысла использовать дорогостоящую, сложную квантовую систему, требующую сверхохлаждения, контроля с помощью сверхпроводящих магнитов и так далее — всё это требует огромных затрат энергии.

До сих пор ожидается полное преобразование сырых материалов в практичные машины, которые могут привести к революции в квантовых вычислениях.

Будущее квантовых технологий

Недавние исследования показывают, что уровень запутанности верхних кварков может открыть новые горизонты в области квантовых технологий. В соответствии с моделью, предложенной различными научными коллективами, например, Институтом теоретической физики в ЦЕРН, повышение степени запутанности может значительно увеличить вычислительную мощность квантовых систем. Поскольку анализ в области квантовых вычислений быстро прогрессирует, действительно следует ожидать, что достижения БАК в этой сфере продолжат влиять на будущие разработки, что в свою очередь может привести к ускорению внедрения квантовых технологий в промышленность и повседневную жизнь.

Заключение

Таким образом, наблюдения на БАК не только продолжают расширять наше понимание элементарных частиц, но и вносят значительный вклад в перспективное направление квантовых вычислений, которое может изменить облик технологий, как мы его знаем сегодня.