격자에서 양자 입자 시뮬레이션

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격자에서 양자 입자 시뮬레이션

새로운 양자 시뮬레이터는 초전도 공동에서 마이크로파 광자를 사용하여 초전도체 또는 원자핵에서 발견되는 것과 유사한 격자의 입자를 시뮬레이션합니다 .

양자 시뮬레이터는 사용이 제한된 양자 컴퓨터입니다. 특정 양자 시스템의 동작을 복제하도록 프로그래밍할 수 있는 기계는 너무 복잡하여 고전적인 방법을 사용하여 시뮬레이션할 수 없습니다. 비교적 단순하기 때문에 많은 연구자들은 양자 시뮬레이터가 범용 양자 컴퓨터보다 더 빨리 유용한 응용 프로그램을 제공할 수 있다고 믿습니다. 이 목표를 염두에 두고 캐나다 워털루 대학의 Christopher Wilson과 동료들은 칩 기반 초전도 공동을 사용하여 격자에서 양자 입자를 시뮬레이션할 수 있는 양자 시뮬레이터를 구축했습니다[ 1 ]. 이러한 입자-격자 시스템은 고온 초전도체 또는 원자핵 내부 입자의 거동에 대한 모델로 사용될 수 있습니다.

Wilson과 동료들이 시연한 초전도 공동은 공동의 크기에 의해 결정되는 특정 주파수 또는 모드의 마이크로파 복사를 보유합니다. 연구자들은 가변 간격만큼 한쪽 끝에서 광자의 전파를 지연시켜 공동의 유효 크기를 변경합니다. 캐비티에 여러 개의 마이크로웨이브 광자가 포함된 경우 유효 길이를 조정하면 다양한 캐비티 모드가 서로 상호 작용합니다.

팀은 이 설정을 사용하여 4개 노드의 격자에서 움직이는 입자의 간단한 모델인 소위 bosonic Creutz 사다리를 만들었습니다. 모델 구현에서 Wilson과 동료들은 캐비티의 각 모드가 격자의 노드에 해당하도록 캐비티 모드 상호 작용을 설계했습니다. 그들은 또한 양자 시뮬레이터 가 다른 주파수의 마이크로파를 공동에 도입함으로써 제자리에서 프로그래밍될 수 있음을 보여주었다 . 이 기술은 칩에 여러 초전도 공동을 배치하여 더 복잡한 양자 시스템을 시뮬레이션하도록 확장할 수 있습니다.

영국 노팅엄 대학교의 Somaya Madkhaly와 그녀의 동료들은 양자 기술을 위한 소형 장비를 구축하는 임무를 수행하고 있습니다. 이상적으로는 이러한 장치가 작고 가벼우며 견고하여 휴대가 용이하지 않은 현재의 실험실 기반 시스템과 달리 언제 어디서나 사용할 수 있습니다. 팀은 최근 에 표준 진공 챔버보다 70% 더 가벼운 3D 인쇄 진공 챔버 를 시연했는데 , 이는 이러한 챔버를 사용하는 시스템의 크기와 무게를 줄이는 데 도움이 될 수 있다고 합니다. 이제 그들은 3D 인쇄 부품을 사용하여 소형 광학 자기 트랩을 시연했습니다. 이는 많은 양자 기술과 저온 원자 실험의 출발점입니다[ 1 ].

팀의 디자인에는 트랩의 광학 부품과 진공 챔버가 포함됩니다. 인쇄된 부품의 무게는 3.2kg이며 공간을 차지합니다. 알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴, 아주 작은 부분 알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴 일반적으로 그러한 시스템에 필요합니다.

그들의 설정을 입증하기 위해 팀은 저온 원자 실험에 일반적으로 사용되는 루비듐 원자 구름을 가두고 냉각하는 데 사용했습니다. 그들은 구름을 생성할 수 있음을 보여줍니다. 알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴알 수 없는 노드 유형: 글꼴 기존의 더 무거운 구성 요소를 사용하여 구름에 포함된 거의 동일한 수의 원자입니다.

Madkhaly는 "플러그 앤 플레이" 3D 인쇄 구성 요소가 양자 기술에 필요한 다른 광학 또는 진공 기반 시스템에 사용될 수 있다고 상상합니다. 그러나 현재로서는 정상보다 많은 수의 원자로 차가운 원자 구름을 생성할 수 있도록 광자기 트랩 설계를 최적화할 계획이라고 그녀는 말합니다. 이 목표의 목적은 양자 중력 효과를 감지할 수 있는 영역에 도달하는 것입니다.

우리 은하는 우주선의 격동의 장소입니다. 이 하전 입자(원자핵, 전자 및 양전자의 혼합)는 기원에서 최종적으로 에너지를 저장하는 곳으로 직접 이동하는 대신 성간 자기장에 의해 충격을 받습니다. 우주선 확산 속도에 대한 이 난류의 영향은 이전에 두 개의 펄서 주변에서 감지된 감마선 "후광"을 분석하여 추정되었습니다. 이제 중국의 LHAASO(Large High Altitude Air Shower Observatory)는 세 번째 펄서[ 1 ] 주변에서 이러한 후광을 발견했습니다 . 이 후광의 특성에 대한 분석은 우주선이 이러한 별의 잔해 근처에서 특히 천천히 전파된다는 것을 암시합니다.

LHAASO는 2019년과 2020년에 약 10개월 동안 관측을 했습니다. 데이터를 분석했을 때 LHAASO 연구원들은 이전에 감지된 펄서와 일치하는 하늘의 일부에서 매우 높은 에너지의 감마선의 퍼지 소스를 발견했습니다. 펄서 "Geminga"와 "Monogem" 주변에서 관찰된 유사한 특징은 주변 성간 광자와 펄서에서 방출하는 초고에너지 전자 및 양전자 사이의 상호작용에 기인합니다. 이러한 상호 작용은 펄서 주변의 확산 ​​구에서 발생하며 그 결과 에너지가 수십 TeV 범위로 증가된 광자가 발생합니다. LHAASO가 감지한 감마선 후광을 형성하는 것은 이러한 증폭된 광자입니다.

이 모델이 맞다면 새로운 후광의 크기, 감마선의 에너지, 그리고 이 펄서의 추정된 나이는 우주선의 확산 속도가 펄서 근처에서 그것보다 수백 또는 수천 배 더 작다는 것을 나타냅니다. 나머지 은하수에 있습니다. 이 차이의 이유는 아직 알려지지 않았지만 공동 연구에 따르면 펄서 주변의 복잡한 자기 환경으로 인해 발생할 수 있다고 합니다.

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