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          特征: Faculty Insights

           

          Particle physics and quantum computing meet in an important new effort by young researchers at the Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics.

          强核力: it binds together the smallest building blocks of matter, 夸克, to form other particles, including the protons and neutrons within the nuclei of the atoms that we know and love.

          "The methods have implications and applications beyond our specific problem — so now we would like to collaborate with people from other disciplines to learn about them all." bipasha查克拉博蒂

          But the strong force is a stubborn beast. Physicists have a mathematical framework to describe it, called 量子色动力学 (QCD),这使他们能够计算是否应量:如粒子的质量是由夸克形成。只是它没有。一些计算都是那么辛苦,他们藐视甚至最快的超级计算机。这就是为什么它是有道理的目光投向革命的即将岩石计算机科学:量子计算。查克拉博蒂和本田两个早期的职业生涯的研究人员在damtp,已经做到了这一点。其原型算法由QCD启发,并且可以在量子设备上执行棘手的计算。

          What are we looking for?

          像所有的粒子物理学家,查克拉博蒂和本田的最终目标是要了解所有有知道这些粒子占我们的宇宙。这是一个艰巨的任务,也没有其他人,他们既不是有可能实现在我们的有生之年,这就是为什么在对焦点上略小AIMS将作为前进的道路上的垫脚石。

          One is to calculate the masses of particles, called 强子, made up of quarks. This involves much more than just adding up the masses of constituent 夸克 because much of a hadron's mass comes from the energetic processes that happen inside it — and these are complex. Messenger particles called 胶子 flit about mediating the strong force that hold the 夸克 together, and 虚粒子 502 Bad Gateway

          另一个目的是预测我们所期望的粒子加速器中看到这样的大型强子对撞机在CERN:当强子都断了一起掰开,有什么新的粒子出现在什么百分比?这样的预测提出的理论和实验之间的重要纽带。

          In an effort to make the calculations involved easier, physicists have developed something called 格点QCD,这是稍微比真正的QCD更适合。 “取而代之的是四维时空连续[有工作],[我们]想象一下,我们有网格点,并把这样的理论格,”解释Chakraborty的。这是类似于天气预报,只大地上放置的点的网格和离散时间步骤也foucusses,与所有的空间和时间来处理就太复杂。但即使格子QCD内,计算仍然是天昏地暗。

          Can quantum computing help in theory?

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          该领域仍然处于起步阶段,但是。因为量子现象是什么,我们不日常生活中看到的,这并不奇怪,他们是非常难以在日常环境还可以创建,这就是为什么还没有人成功地建立量子计算机普遍有用。并且,虽然众所周知,谷歌自称 量子至上 去年,这意味着他们的量子计算机解决的问题明显快有一个比传统的计算机可能已经完成,有关特别特别设计,以适应目的的问题的要求。对于粒子物理学家所以量子计算的不管你什么有用的问题仍然为他们提供。

          查克拉博蒂和本田的算法不解决QCD本身,而是东西有点简单。 “的第一步是采取原型理论这是很好理解的,但我们仍然可以加少许更多的知识,”解释Chakraborty的。他们所用的理论涉及描述的数学框架,电磁学,但像这比QCD更容易,但随着数学术语,增加了额外的。 ESTA项设计制造麻烦:其在传统的QCD格计算肆虐与模拟,导致无意义的结果。

          事实证明,查克拉博蒂和本田的算法能够掌握精美的挑战。除其他事项外,它可以计算,永远使用数字量子计算,由底层理论描述的系统的最低能量状态的第一次。知道最低能量状态,然后启用Chakraborty的本田计算粒子的质量(和令人放心,其质量为颗粒先前已经制定出来,新的研究结果同意与现有的)。

          重要的是,查克拉博蒂和本田的算法也应付事实格的做法只是一个简化:当您试图要回真正的理论,让电网的晶格理论是建立在成为越来越精细和体积时空它认为大,你还是答案是有意义的。 “这个领域在以前的文章并没有这样做 连续极限 seriously," says Honda. "Ours is the first to do that."

          When will quantum computing help in practice?

          That's a difficult question to answer. Perhaps surprisingly, Chakraborty and Honda tested their algorithm mostly on a classical computer. While suitable for a quantum computer, their algorithm can be implemented on a classical device called a 量子模拟器

          Chakraborty的和本田的算法进行极好很好上的量子模拟器,示出计算具有用于粒子物理实际电势的量子。 ,实际切换到量子计算机,然而,这涉及到一个额外的挑战:不同于传统计算机,量子计算机遭受 噪声


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          更一般地,有在QCD算法,往往,每个都使用超级计算机经典的并行计算功能,包括部件的层次的复杂性。超越这样的超级计算机,一台量子计算机上是否有这样做的每一个部件。我们真的不知道,如果它可以做,直到ESTA我们有没有解决建立一个量子计算机具有足够数量的比特的硬件问题。

          随着还是这种挑战被掌握,查克拉博蒂认为这将是“几年”,直到量子粒子物理计算会变成自己的。在不久的将来,顾名思义弹弓,它可能是最好集中在混合方法,同时涉及经典和量子计算。

          "The methods have implications and applications beyond our specific problem — so now we would like to collaborate with people from other disciplines to learn about them all."

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