نمودار فازی فیزیک ذرات روی یک رایانه کوانتومی. منبع: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-65198-w

مقاله تازه‌ای که در نیچر کامیونیکیشنز (Nature Communications) منتشر شده می‌تواند دانشمندان را در مسیری قرار دهد که به درک یکی از بکر‌ترین، داغ‌ترین و چگال‌ترین مکان‌های جهان برسند: ستاره نوترونی.

کریستین موشیک (Christine Muschik)، عضو هیئت علمی مؤسسه محاسبات کوانتومی دانشگاه واترلو (IQC) و عضو هیئت علمی پژوهشی وابسته به مؤسسه پریمتر، بخشی از گروه تحقیقاتی آمریکایی-کانایی است که با استفاده از یک رایانه کوانتومی، در حال گسترش نظریه‌ای در کرومودینامیک کوانتومی‌اند؛ این نظریه چگونگی برهم‌کنش گونه‌های مختلف کوارک‌ها و گلئون‌ها (بنیادی‌ترین اجزای طبیعت) در هسته را توصیف می‌کند.

دانشمندان برای درک درست رفتار کوارک-گلئون در شرایط سختی همچون آغاز جهان یا درون یک ستاره نوترونی، به نقشه‌ای موسوم به «نمودار فازی» نیاز دارند تا گذارهای فاز در شرایط سخت – بسیار چگال و پیچیده – را توصیف کند که شبیه‌سازی‌های رایانه‌های کلاسیکی در مدل‌سازی آنها ناتوان است.

اما حتی با یک رایانه کوانتومی نیز مدل‌سازی چنین محیط‌هایی با میزان بالای چگالی ذرات، چالش بزرگی است.

موشیک می‌گوید: «این مسئله یکی از حوزه‌هایی است که رایانه‌های امروزی ما در آن کاملاً شکست می‌خورند و ما را برمی‌انگیزند که از رایانه‌های کوانتومی استفاده کنیم. این کار می‌تواند چیزهایی درباره ماهیت و این که در جهان اولیه چه حالت‌هایی از ماده امکان‌پذیر بود، بیاموزد.»

گروه نمودار فازی یک‌بعدی ساده‌شده‌ای طراحی کرد که می‌تواند نقطه آغاز مطالعات آتی درباره کرومودینامیک‌های کوانتومی در چنین محیط‌های سخت و شدیدی باشد. آنها، با همکاری گروهی در آمریکا، این مدل را با موفقیت در یک رایانه کوانتومی مبتنی بر یونِ گیرافتاده آزمودند و پایه و اساسی برای بررسی پدیده‌های QCD در بسترهای کوانتومی بنا نهادند و شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای را کارآمدتر کردند.

آنها از حرکت یون‌های به‌دام‌افتاده به‌عنوان کیوبیت‌های کمکی در نوع جدیدی از رجیسترهای آنسیلای (ancillae register) استفاده کردند که به انجام محاسبات کوانتومی با کارآیی بسیار بالاتر کمک کرد.

موشیک می‌گوید: «حال که این نوع جدید از رجیستر آنسیلا را داریم و می‌توانیم از آن به نفع خود بهره‌برداری کنیم، این موضوع پیشرفتی در کل حوزه محاسبات کوانتومی خواهد بود.»

منبع:

Can quantum computers help researchers learn about the inside of a neutron star?