Μια εντυπωσιακή ανακάλυψη ήρθε να ταράξει τα νερά της σύγχρονης Φυσικής: η Google, αξιοποιώντας τον κβαντικό της επεξεργαστή, κατάφερε να προσομοιώσει τη συμπεριφορά σωματιδίων και των αόρατων «νημάτων» που τα συνδέουν. Το επίτευγμα αυτό θεωρείται σταθμός στην προσπάθεια κατανόησης των πιο βαθιών νόμων της φύσης και ανοίγει νέους δρόμους στην έρευνα της Σωματιδιακής Φυσικής, των εξωτικών κβαντικών υλικών αλλά και της ίδιας της δομής του χωροχρόνου.
Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο κορυφαίο επιστημονικό περιοδικό Nature, αποδεικνύει στην πράξη πώς η κβαντική πληροφορική μπορεί να ξεπεράσει τα όρια της κλασικής. Για πρώτη φορά, οι επιστήμονες μπόρεσαν να χρησιμοποιήσουν τον κβαντικό υπολογιστή της Google ώστε να προσομοιώσουν θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις, όπως αυτές που περιγράφονται από τις λεγόμενες «θεωρίες βαθμίδας» (gauge theories). Οι θεωρίες αυτές αποτελούν τη βάση πάνω στην οποία στηρίζεται μεγάλο μέρος της σύγχρονης Φυσικής, εξηγώντας πώς τα σωματίδια έλκονται, αλληλεπιδρούν και μεταβάλλονται.
Ο Michael Knap, καθηγητής στο Technical University of Munich και συν-συγγραφέας της μελέτης, εξηγεί:
Η δουλειά μας δείχνει ότι οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να αποτελέσουν εργαλείο για να εξερευνήσουμε τους θεμελιώδεις κανόνες που διέπουν το Σύμπαν. Με την προσομοίωση αυτών των φαινομένων στο εργαστήριο, μπορούμε να ελέγξουμε θεωρίες με τρόπους που μέχρι σήμερα ήταν αδύνατοι.
Από την πλευρά της Google Quantum AI, ο Pedram Roushan υπογραμμίζει τη σημασία της τεχνολογικής πρόκλησης:
Χρησιμοποιώντας τη δύναμη του κβαντικού μας επεξεργαστή, μελετήσαμε τη δυναμική ενός συγκεκριμένου τύπου gauge theory και παρατηρήσαμε πώς τα σωματίδια, αλλά και τα αόρατα νήματα που τα συνδέουν, εξελίσσονται στον χρόνο.
Ο Tyler Cochran, μεταπτυχιακός φοιτητής στο Princeton και πρώτος συγγραφέας της μελέτης, περιγράφει με ενθουσιασμό το εύρος των δυνατοτήτων: «Με το να προσαρμόζουμε ορισμένες παραμέτρους στο μοντέλο, μπορούσαμε να ρυθμίσουμε τις ιδιότητες των νημάτων. Έτσι παρατηρήσαμε ότι άλλοτε αυτά τα νήματα ταλαντεύονταν έντονα, άλλοτε γίνονταν πολύ σφιχτά, ενώ σε κάποιες περιπτώσεις έσπαγαν». Τα δεδομένα που συλλέχθηκαν από τον κβαντικό επεξεργαστή, σύμφωνα με τον ίδιο, επιβεβαιώνουν χαρακτηριστικές συμπεριφορές που γνωρίζουμε από τη Σωματιδιακή Φυσική Υψηλών Ενεργειών.
Το εντυπωσιακό είναι ότι η συγκεκριμένη προσομοίωση δεν αποτελεί απλώς μια «άσκηση» στον υπολογιστή. Αντίθετα, ανοίγει τον δρόμο για νέους τρόπους πειραματικής επιβεβαίωσης θεωριών που μέχρι τώρα στηρίζονταν σε μαθηματικά μοντέλα και υποθέσεις. Με τη βοήθεια κβαντικών υπολογιστών, οι ερευνητές θα μπορούν να αναπαριστούν στο εργαστήριο φαινόμενα που είναι αδύνατον να αναπαραχθούν σε πραγματική κλίμακα, όπως οι αλληλεπιδράσεις που διέπουν τα υποατομικά σωματίδια ή η συμπεριφορά εξαιρετικά περίπλοκων κβαντικών υλικών.
Η σημασία της έρευνας αυτής δεν περιορίζεται μόνο στη φυσική υψηλών ενεργειών. Όπως σημειώνουν οι επιστήμονες, η ίδια μεθοδολογία μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε άλλους τομείς, από τη μελέτη εξωτικών υλικών με νέες ηλεκτρονικές ιδιότητες, μέχρι την κατανόηση φαινομένων που σχετίζονται με την κβαντική υπεραγωγιμότητα. Ακόμη και το ερώτημα της φύσης του ίδιου του χωροχρόνου μπορεί, θεωρητικά, να μπει στο μικροσκόπιο της κβαντικής προσομοίωσης.
Πέρα όμως από τα τεχνικά επιτεύγματα, αυτό που μένει είναι το όραμα: η χρήση κβαντικών υπολογιστών όχι μόνο για την επίλυση πρακτικών προβλημάτων, αλλά και για την εξερεύνηση των ίδιων των νόμων που διέπουν το Σύμπαν. Αν το πείραμα της Google είναι μόνο η αρχή, τότε οι επόμενες δεκαετίες ίσως μας φέρουν πιο κοντά από ποτέ στο να απαντήσουμε σε ερωτήματα που απασχολούν την ανθρωπότητα εδώ και αιώνες. Τι είναι τελικά ο χωροχρόνος; Πώς αναδύονται οι δυνάμεις της φύσης; Και υπάρχει άραγε ένα ενιαίο νήμα που συνδέει όλα τα φαινόμενα γύρω μας;
[via]
