Mesin Quantum Model Bagaimana “Vakum Salah” meluruh menjadi gelembung kosmik “menari”
Alam semesta kita mungkin terperangkap dalam keadaan metastabil, yang disebut kekosongan palsu, menunggu transisi kosmik ke kekosongan sejati yang lebih stabil. Fisikawan dari University of Leeds, Forschungszentrum Jülich, dan Institut Sains dan Teknologi Austria (ISTA) telah memodelkan transisi ini, menunjukkan bagaimana gelembung bentuk vakum sejati dan berinteraksi. Temuan, diterbitkan di Fisika Alambisa menjelaskan pembentukan dan nasib alam semesta dalam beberapa miliar tahun.
Pelopor teori lapangan kuantum Sidney Coleman mengusulkan hampir 50 tahun yang lalu bahwa alam semesta kita mungkin tidak mencapai keadaan paling stabil tetapi terjebak dalam apa yang disebut kekosongan palsu. Akibatnya, alam semesta seperti yang kita tahu bisa berada di ambang transisi ke keadaan vakum yang lebih stabil dan sejati. Tapi ini sama sekali tidak akan menjadi transisi yang lancar. Sebaliknya, itu bisa mensyaratkan perubahan besar dalam struktur alam semesta, bencana kosmik. “Kita berbicara tentang proses di mana alam semesta akan sepenuhnya mengubah strukturnya. Konstanta mendasar dapat berubah secara instan, dan dunia seperti yang kita tahu akan runtuh seperti rumah kartu,” kata penulis utama surat kabar itu, Zlatko Papic, Profesor di University of Leeds, Inggris. Namun, memprediksi garis waktu itu menantang, tetapi kemungkinan akan menjangkau jutaan atau bahkan miliaran tahun. “Yang benar -benar kita butuhkan adalah eksperimen terkontrol untuk mengamati proses ini dan menentukan skala waktunya.”
Sekarang, kolaborasi internasional termasuk Papic, Jaka Vodeeb dari Forschungszentrum Jülich, Jerman, dan Jean-Yves Desaules, postdoc dalam kelompok Maksym Serbyn di Institute of Science and Technology Austria (ISTA), telah berhasil memodelkan proses ini, yang disebut False Vacuum palsu membusuk. Dengan mendefinisikan kembali pemahaman kita tentang dinamika kuantum, pekerjaan ini dapat membantu memajukan komputasi kuantum dan potensinya untuk menyelesaikan beberapa masalah yang paling menantang di sekitar fisika fundamental alam semesta.
Tarian gelembung dan qubit
Banyak pertanyaan dasar tentang mekanisme peluruhan kekosongan palsu tetap terbuka hingga hari ini, termasuk bagaimana gelembung vakum yang sebenarnya membentuk, bergerak, berinteraksi, dan menyebar. Untuk memahami mekanisme yang sulit dipahami ini, para fisikawan harus mengembangkan alat untuk menunjukkannya di lab. Untuk tujuan ini, mereka menggunakan jenis komputer kuantum yang dirancang untuk memecahkan masalah optimasi yang kompleks, yaitu, menemukan solusi terbaik dari serangkaian solusi yang mungkin. Mesin ini, anil quantum 5564-qubit yang dirancang oleh D-Wave Quantum Inc., memungkinkan tim untuk memodelkan status vakum menggunakan qubit–blok bangunan dasar komputasi kuantum. “Dengan terlebih dahulu menempatkan 5564 qubit ini ke dalam konfigurasi spesifik yang mewakili kekosongan palsu, kami dapat dengan hati -hati mengontrol kondisi untuk memicu pembentukan gelembung yang memodelkan ruang hampa yang sebenarnya,” kata Desaules. “Pembentukan gelembung adalah langkah pertama dari pembusukan kekosongan palsu. Kami sangat senang bisa mengamatinya secara real-time.”
Eksperimen mengubah perspektif tim tentang mekanisme pembusukan kekosongan palsu. Berbeda dengan rezim yang biasanya dipelajari, mereka melihat bahwa gelembung -gelembung terkuantisasi besar pada dasarnya dibekukan secara terpisah. Satu -satunya cara bagi gelembung besar seperti itu untuk berevolusi adalah dengan berinteraksi dengan gelembung tetangga. Salah satunya kemudian bisa menyusut, sementara yang lain akan tumbuh. Dan begitu gelembung menyusut ke ukuran yang sangat kecil, itu mulai 'menari' dengan bebas. “Temuan kami kemungkinan mewakili gambaran fisik baru dari dinamika vakum palsu. Kami dapat membayangkan mekanisme sebagai gas gelembung yang heterogen di mana yang lebih besar, atau lebih berat, berinteraksi langsung satu sama lain sementara yang lebih kecil, yang lebih ringan memantul di sekitar dengan bebas,” kata Desaules.
Membantu Komputasi Kuantum Memajukan
Para ilmuwan menggarisbawahi potensi kuantum aniler dalam memecahkan dunia nyata, masalah praktis di luar ranah fisika teoretis. Mereka mengatakan penelitian mereka menunjukkan bagaimana kuantum aniler dapat melakukan lebih dari tugas optimasi yang dirancang untuk mereka, karena mereka juga dapat menangkap fenomena yang terkait dengan dinamika, seperti pembentukan gelembung. VodeB menyimpulkan, “Terobosan ini tidak hanya mendorong batas-batas pengetahuan ilmiah tetapi juga membuka jalan bagi teknologi masa depan yang dapat merevolusi bidang-bidang seperti kriptografi, ilmu material, dan komputasi yang hemat energi.”
Publikasi:
Jaka Vodeb, Jean-Yves Desaules, Andrew Hallam, Andrea Rava, Gregor Humar, Dennis Willsch, Fengping Jin, Madita Willsch, Kristel Michielsen, dan Zlatko Papic. 2025. Mengaduk vakum palsu melalui interaksi gelembung kuantisasi pada anil kuantum 5.564-qubit.Fisika Alam. Doi: 10.1038/s41567-024-02765-w
