Физика

Ученые разработали самый быстрый квантовый симулятор

Схема действия симулятора

Direct observation of ultrafast many-body electron dynamics in an ultracold Rydberg gas/Nature

Международная группа исследователей разработала самый быстрый в мире симулятор, который может в пределах одной миллиардной доли секунды имитировать квантово-механическую динамику частиц, взаимодействующих друг с другом. С подробностями исследования можно ознакомиться в Nature Communications.

Динамика электронов, взаимодействующих друг с другом, регулирует целый ряд важных физических и химических явлений, таких как сверхпроводимость, магнетизм и различные химические реакции. Когда частицы, взаимодействующие друг с другом, скапливаются, они образуют так называемую «сильно коррелированную систему». Понять свойства таких систем сложно. По словам исследователей, это не под силу даже японскому суперкомпьютеру Post-K, запуск которого планируется на 2020 год. Например, Post-K не может точно вычислить энергию, основное свойство материи, когда в системе больше 30 частиц.

В квантовом симуляторе квантовые частицы, например атомы, собираются в искусственную сильно коррелированную систему, свойства которой ученым известны. Затем ученые используют ее для симуляции и изучения свойства другой сильно коррелированной системы, свойства которой еще неизвестны.

Ученые разработали совершенно новый квантовый симулятор, который может имитировать динамику сильно коррелированной системы из более 40 атомов в пределах одной миллиардной доли секунды. Исследователи внедрили новый подход, в котором ультракороткий лазерный импульс, ширина которого составляет всего 100 миллиардных долей секунды, используется для управления скоплением атомов с высокой плотностью размещения, охлажденных до температур, близких к абсолютному нулю.

Ученые планируют использовать этот сверхбыстрых квантовый симулятор для исследования происхождения физических свойств магнетизма и сверхпроводимости.