Oxford హైబ్రిడ్ క్వాంటం కంప్యూటర్ Aharonov–Bohm ప్రభావాన్ని అనుకరించింది

ఒక ప్రాథమిక క్వాంటం ప్రభావం హైబ్రిడ్ సిమ్యులేటర్‌లో

Oxford విశ్వవిద్యాలయ భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు hybrid quantum computerను ఉపయోగించి quantum simulationలో Aharonov–Bohm ప్రభావాన్ని గమనించారు. పదార్థం, gauge fieldsను అధ్యయనం చేయడానికి రూపొందించిన వాతావరణంలో ఈ ప్రసిద్ధ క్వాంటం సంఘటన కనిపించింది. Nature Physicsలో ప్రచురితమైన ఈ పరిశోధన ఒకే ప్రయోగాత్మక వ్యవస్థలో qubits, quantum oscillatorsను కలుపుతుంది.

Aharonov–Bohm ప్రభావం ప్రత్యేకమైన క్వాంటం ఫలితాన్ని వివరిస్తుంది: ఒక కణం మాగ్నెటిక్ flux చుట్టూ ప్రయాణించిన తర్వాత కొలవగల phaseను పొందవచ్చు, అది మాగ్నెటిక్ ఫీల్డ్ ఉన్న ప్రాంతం గుండా ప్రయాణించకపోయినా. ఈ ప్రభావాన్ని 1959లో Yakir Aharonov, David Bohm అంచనా వేశారు; తరువాత నిజమైన electronsతో నిర్ధారించారు.

Oxford ఫలితం ఆ ప్రాథమిక ప్రదర్శనలకు ప్రత్యామ్నాయం కాదు. బదులుగా lattice gauge theoryను ప్రతినిధ్యం చేసేలా నిర్మించిన quantum simulatorలో ఈ ప్రభావం ఉద్భవించడాన్ని చూపిస్తుంది. lattice gauge theories పదార్థం, gauge fields మధ్య పరస్పర చర్యలను వివరించడానికి ఉపయోగపడతాయి కాబట్టి ఇది ముఖ్యమైనది; particle physics, high-energy physicsకు సంబంధించిన నమూనాలు కూడా ఇందులో ఉన్నాయి.

Gauge fieldsను ఎందుకు అనుకరించాలి?

పరిశోధకులు వివరించిన lattice చిత్రంలో పదార్థం gridలోని బిందువుల వద్ద ఉంటుంది; fields ఆ బిందువులను కలిపే linksపై ఉంటాయి. వ్యవస్థ పెరిగేకొద్దీ లెక్కించడం కష్టమయ్యే interactionsను ప్రతినిధ్యం చేయడానికి ఈ ఏర్పాటు మార్గాన్ని అందిస్తుంది. quantum many-body systemలో అవకాశాల సంఖ్య వేగంగా పెరుగుతున్నందున classical computers ఈ scaling సమస్యను ఎదుర్కొంటాయి.

Quantum simulation మరో మార్గాన్ని అందించడానికి ఉద్దేశించబడింది. లక్ష్య వ్యవస్థలోని ప్రతి అంశాన్ని conventional computationతో లెక్కించకుండా, సంబంధిత నియమాలను అనుసరించే నియంత్రించగల quantum deviceను పరిశోధకులు నిర్మిస్తారు. ఆ పరికరంపై తీసుకునే కొలతలు simulated system ఎలా స్పందిస్తుందో చూపగలవు.

Oxford platform hybrid, ఎందుకంటే ఇందులో రెండు రకాల quantum components—qubits, quantum oscillators—ఉన్నాయి. ఈ అంశాలతో experimental loop లేదా plaquette geometry ఏర్పడుతుందని source వివరిస్తుంది. simulationలో Aharonov–Bohm flux కేంద్ర loopను దాటుతుంది; ఆ flux చుట్టూ ప్రయాణించడంలో ఉన్న phase informationను quantum system నిలుపుకుంటుందా అని బృందం పరీక్షించగలిగింది.

ప్రత్యక్ష సంబంధం లేకుండానే ఒక phase

రోజువారీ classical అవగాహనలో ఛార్జ్ కలిగిన వస్తువు కదలిక అది ప్రయాణించే ప్రదేశంలోని electric, magnetic fieldsపై ఆధారపడుతుంది. Aharonov–Bohm ప్రభావం quantum mechanics మరింత సూక్ష్మమైనదని చూపిస్తుంది. ఒక కణం తన మార్గం చుట్టూ ఉన్న magnetic flux ప్రభావానికి లోనవుతుంది, magnetic field ఉన్న ప్రాంతాన్ని దాటకపోయినా.

కనిపించే పరిణామం phase. Quantum statesను wave-like amplitudesతో వివరించవచ్చు; phases ఆ amplitudes మధ్య interferenceను మార్చగలవు. అందువల్ల phase సాంప్రదాయ trajectory లేదా force కాకపోయినా భౌతికంగా కొలవగలది. Interferometric సందర్భంలో వివిధ మార్గాలు కలిసి కూడిన phaseను వెల్లడించగలవు.

Oxford ప్రయోగం ఈ తర్కాన్ని simulatorలో తిరిగి సృష్టిస్తుంది. సాధన కేవలం chipపై magnetic fieldను ప్రతినిధ్యం చేయడం కాదు. qubits, oscillators కలిసి lattice-gauge సమస్యలోని అంశాలను encode చేసే platformలో ప్రత్యేకమైన phase behaviorను గమనించడమే దీని ప్రాధాన్యత.

హైబ్రిడ్ హార్డ్‌వేర్ అందించేది

వేర్వేరు quantum hardware elements వేర్వేరు పనులకు ఉపయోగపడవచ్చు. Qubits discrete quantum statesను అందిస్తాయి; oscillators మరో రకమైన quantum degree of freedomను అందిస్తాయి. వీటిని కలిపి matter, gauge fields మధ్య interactionsను model చేయగల hybrid systemను పరిశోధకులు రూపొందించారు.

Classical computersకు కష్టమయ్యే సమస్యల్లో hybrid systems ఈ interactionsను simulate చేయగలవని ఈ ఫలితాన్ని source ఒక demonstrationగా పేర్కొంది. device పెద్ద స్థాయి particle-physics calculationను పరిష్కరించిందని లేదా ప్రతి సంబంధిత పనిలో classical computingను అధిగమించిందని ఇది చెప్పడం కాదు. కొత్త simulation architectureలో ప్రాథమిక ప్రభావాన్ని నియంత్రితంగా గమనించడమే దీని ప్రాముఖ్యత.

Quantum computing పురోగతిని అంచనా వేయడానికి ఈ తేడా ముఖ్యం. ప్రారంభ ప్రయోగాలు ఒక hardware platform నిర్దిష్ట physical phenomenon లేదా building blockను విశ్వసనీయంగా అమలు చేయగలదని నిర్ధారిస్తాయి. మరింత క్లిష్టమైన models, పెద్ద lattices లేదా కఠినమైన calculations వైపు విస్తరించడానికి ముందు ఇలాంటి demonstrations అవసరమైన దశలు.

మరింత క్లిష్టమైన simulations వైపు మార్గం

Lattice gauge theories quantum simulatorsకు ఆకర్షణీయ లక్ష్యం, ఎందుకంటే అవి భౌతిక శాస్త్రానికి కేంద్రంగా ఉన్న, వ్యవస్థలు పెరిగేకొద్దీ నిర్వహించడం కష్టమయ్యే interactionsను పట్టుకుంటాయి. lattice-gauge సందర్భంలో Aharonov–Bohm ప్రభావాన్ని చూపడం పరిశోధకులకు స్పష్టమైన benchmarkను అందిస్తుంది: gauge structureకు సంబంధించిన quantum phaseను hardware నిలుపుకుని వెల్లడించాలి.

Hardware diversity ఎందుకు ముఖ్యం కావచ్చో కూడా ఈ ప్రయోగం చూపిస్తుంది. Quantum computingను తరచూ qubit సంఖ్య పెంచే పోటీగా చర్చిస్తారు. కానీ ఉపయోగకరమైన systems వేర్వేరు quantum componentsను కలిపి వాటి interactionsను నియంత్రించే సామర్థ్యంపై కూడా ఆధారపడవచ్చు. ప్రతి simulation taskకు ఒకే component type సరిపోతుందని భావించకుండా qubits, oscillatorsను ఉపయోగించిన Oxford పని ఈ design strategyకు ఉదాహరణ.

ప్రస్తుతం నివేదించిన పురోగతి targeted proof of principle. Aharonov–Bohm ప్రభావం స్పష్టమైన quantum signatureగా పనిచేసే hybrid deviceలో gauge-related physicsను అధ్యయనం చేసే మార్గాన్ని ఇది చూపిస్తుంది. classicalగా model చేయడం కష్టమైన మరింత సంక్లిష్ట interactionsను అన్వేషించేందుకు ఇలాంటి systems సహాయపడవచ్చనేది దీర్ఘకాల ఆశ.

Quantum platforms పరిపక్వం చెందుతున్న కొద్దీ, అవి ఏది ఖచ్చితంగా simulate లేదా calculate చేయగలవన్నదే ప్రాధాన్య ప్రమాణంగా ఉంటుంది. ఈ ఫలితం ఒక ప్రయోగాత్మక గుర్తింపును అందిస్తుంది: hybrid quantum computer కొత్త lattice-gauge సందర్భంలో క్వాంటం భౌతిక శాస్త్రంలోని చారిత్రాత్మక భావనను పునరుత్పత్తి చేయగలదు.

ఈ కథనం Phys.org నివేదిక ఆధారంగా రూపొందించబడింది. అసలు కథనాన్ని చదవండి.