Un simulador cuántico recrea la formación de partículas en el universo primitivo
Redactado con inteligencia artificial.
Un equipo del Duke Quantum Center ha utilizado un simulador cuántico para observar la dinámica de ruptura de cuerdas, un proceso relacionado con la formación de partículas. Este avance sugiere que los ordenadores cuánticos podrían ayudar a investigar cómo se formó la materia tras el Big Bang.
Simulaciones cuánticas y física fundamental
Investigadores del Duke Quantum Center (DQC) han realizado un experimento que demuestra cómo los ordenadores cuánticos pueden ser herramientas valiosas para explorar preguntas fundamentales en física. Publicado el 23 de septiembre en Nature Physics, el estudio simula un proceso conocido como ruptura de cuerdas, donde los bloques de materia se separan hasta acumular suficiente energía para que nuevas partículas aparezcan al romperse la conexión.
La ruptura de cuerdas y los quarks
Los quarks son componentes fundamentales de la materia que se encuentran en partículas como protones y neutrones. Aunque son extremadamente pequeños y normalmente permanecen unidos, este estudio ayuda a entender cómo, bajo condiciones extremas, pueden formarse nuevos pares de partículas a partir de la ruptura de la conexión entre quarks. Esta ruptura requiere enormes cantidades de energía, como las que se generan en el Gran Colisionador de Hadrones o en el entorno del Big Bang.
Un experimento innovador
El equipo utilizó un simulador cuántico de 13 iones atrapados, controlando con láseres las interacciones entre ellos para reproducir el comportamiento de la ruptura de cuerdas. Al observar cómo el sistema evolucionaba en un estado fuera de equilibrio, los investigadores pudieron detectar la aparición de cargas efectivas y reconstruir la dinámica del proceso simulado. Para validar los resultados, también realizaron cálculos en un ordenador clásico, corroborando las observaciones del simulador cuántico.
Hacia simulaciones más complejas
Este avance representa un paso importante hacia simulaciones cuánticas que superen las capacidades de los superordenadores convencionales. Los investigadores creen que, a medida que los sistemas cuánticos escalen, podrán investigar cuestiones sobre el comportamiento de la materia en los momentos críticos tras el Big Bang. Como indicó Zohreh Davoudi, parte del equipo de investigación, "es emocionante investigar las condiciones del universo temprano en una máquina de computación a nivel atómico".
El estudio contó con el apoyo del Departamento de Energía de EE. UU. y otras instituciones, y refleja un esfuerzo colaborativo internacional que incluye a investigadores de varias universidades.