Fizikusok lenyűgöző kapcsolatot fedeztek fel a Nagy Hadronütköztető és a kvantumszámítástechnika között. Megállapították, hogy az LHC-ben keletkező top kvarkok a kvantumszámításhoz nélkülözhetetlen "bűvös" tulajdonsággal rendelkeznek. Ez a felfedezés forradalmasíthatja a kvantummechanika és alkalmazásainak megértését, áthidalva a kvantumelmélet és a részecskefizika közötti szakadékot.
Chris White professzor a londoni Queen Mary Egyetemről és ikertestvére, Martin White professzor az Adelaide-i Egyetemről meglepő kapcsolatot fedezett fel a Nagy Hadronütköztető (LHC) és a kvantumszámítás fejlődése között.
A kvantummechanika különleges elveire épülő kvantumszámítógépek régóta a hagyományos számítógépek korlátainak átlépéséhez vezető megoldásként vannak számon tartva. A bennük rejlő lehetőségek középpontjában egy nemrégiben azonosított, új dolog áll, amely kritikus, de rejtélyes tényező e nagy teljesítményű gépek megépítésében. Fontossága ellenére azonban továbbra is rejtély, hogyan lehet ezt a "varázslatot" létrehozni és fokozni.
Bármely adott kvantumrendszer esetében alkalmazható egy olyan mérték, amely megmondja, hogy mennyire nehéz a számításokat elvégezni egy nem kvantumszámítógépen. Minél nagyobb a "mágia", annál nagyobb szükségünk van kvantumszámítógépekre a működés leírásához. A kvantumrendszerek "bűvös" tulajdonságainak tanulmányozása mélyreható betekintést nyújt a kvantumszámítógépek fejlesztésébe és használatába.
Ez az új kutatás, amely a Physical Review D című folyóiratban jelent meg, először bizonyítja, hogy az LHC rutinszerűen produkál ilyen "varázslatot". A kutatók az LHC-n előállított top kvarkok, az ismert legnehezebb alaprészecskék viselkedésének tanulmányozásával azt jósolták, hogy nagyon gyakran keletkeznek "mágikus top kvarkok".
Érdekes módon, az e top kvarkok által mutatott "varázslat" mennyisége attól függ, hogy milyen gyorsan mozognak és milyen irányban haladnak, mindezeket pedig az LHC protonütközések eredményeit megfigyelő ATLAS és CMS detektorok tudják mérni.
Ez a felfedezés jelentős hatással van más kvantumrendszerek varázslatának megértésére és potenciális fokozására. "Míg az összefonódás, amikor a részecskék összekapcsolódnak, a kvantumkutatás egyik fő témája" - magyarázta Chris White professzor - "a mi munkánk a top kvarkok 'mágiájának' fogalmát vizsgálja, ami lényegében azt méri, hogy a részecskék mennyire alkalmasak nagy teljesítményű kvantumszámítógépek építésére".
Martin White professzor hozzátette: "Az ATLAS-kísérlet már megfigyelte a kvantum összefonódás bizonyítékát. Megmutattuk, hogy az LHC a kvantum viselkedésének összetettebb mintáit is képes megfigyelni, az ilyen típusú kísérletekhez eddig alkalmazott legnagyobb energiákon."
A kvantumszámítógépek potenciális előnyei óriásiak, és olyan területeket befolyásolnak, mint a gyógyszerkutatás és az anyagtudomány. Ennek az erőnek a kihasználásához azonban robusztus és irányítható kvantumállapotokra van szükség, és a "mágia" kritikus szerepet játszik ennek a kontrollnak az elérésében.
A White testvérek kutatása megnyitja az utat a kvantuminformáció-elmélet és a nagyenergiájú fizika közötti kapcsolat mélyebb megértése előtt. "A top kvarkok keletkezésének 'mágiáját' vizsgálva" - mondta Chris White professzor - "új hidat teremtünk a fizika e két izgalmas területe között". Továbbá ez a kutatás rávilágít az LHC-ben rejlő lehetőségekre, mint a kvantumelmélet határainak feltárására szolgáló egyedülálló platformra.
Ez a felfedezés nem csupán az univerzum legnehezebb részecskéiről szól, hanem egy forradalmian új számítástechnikai paradigma lehetőségeinek felszabadításáról is.
