Tím z Duke University zopakoval na 13-iónovom kvantovom simulátore „pretrhnutie struny“

Tím pod vedením Duke Quantum Center zakódoval model „pretrhnutia struny“ – procesu, pri ktorom sa natiahnuté spojenia medzi kvarkmi pretrhnú a uvoľnia energiu vo forme nových častíc – do reťazca 13 zachytených iónov ytterbia, uvádza výskum publikovaný v Nature Physics 23. septembra 2026.⁵⁶³

Prečo je štúdium kvarkov také náročné

Podľa výskumníkov sú kvarky najzákladnejšími stavebnými prvkami hmoty, s veľkosťou zhruba miliardtinu atómu, a natrvalo zostávajú ukryté vnútri väčších častíc, čo znemožňuje ich priame pozorovanie.⁵²⁶³

Pretrhnutie struny – jav, pri ktorom sa dva prepojené kvarky vzájomne vzďaľujú a hromadia energiu, kým sa spojenie napokon pretrhne a vzniknú nové častice – si bežne vyžaduje energetické úrovne dosiahnuteľné len v extrémnych prostrediach, akým je Veľký hadrónový urýchľovač alebo obdobie bezprostredne po Veľkom tresku, uvádzajú zdroje.⁵²⁶

Podľa NBC News je kvantová chromodynamika teória, ktorá toto správanie vysvetľuje prostredníctvom farebného uväznenia, pričom izolované kvarky nikdy neboli pozorované; priamy výpočet dynamiky kvantovej chromodynamiky je pre klasické počítače opísaný ako mimoriadne náročný.¹

Vnútri experimentu

Podľa La Brújula Verde a Quantum Zeitgeist zostavil tím z Duke University programovateľné pole 13 zachytených iónov ytterbia-171, doplnené o dva ďalšie ióny slúžiace na zachytenie, a prostredníctvom presne naladených laserových impulzov upravoval vzájomné pôsobenie iónov, čím napodobnil spôsob, akým sa struna naťahuje a napokon praská.³⁴

Systém bol pripravený v nerovnovážnom stave a sledoval sa jeho vývoj, pričom výskumníci pozorovali, ako sa efektívne náboje objavujú na okrajoch simulovanej struny a šíria sa smerom dovnútra – vzorec, ktorý zdroje opisujú ako odlišný od toho, čo by predpokladal Schwingerov mechanizmus.⁵¹³

NBC News uviedla, že vytvorenie páru nábojov blízko okraja si vyžaduje menej energie vzhľadom na vlastnosti vákua v danej oblasti, čo médium opísalo ako netypickú, okrajom podmienenú cestu k vzniku párov častíc.¹

Výskumníci navyše zopakovali proces na bežnom počítači a overili tak presnosť kvantových výsledkov, hoci NBC News poznamenáva, že dnešné klasické stroje sú stále schopné zvládnuť práve toto konkrétne 13-iónové usporiadanie.⁵²⁶¹

Porovnanie naprieč platformami

Google a QuEra Computing nezávisle od seba zopakovali pretrhnutie struny na odlišných kvantových platformách – Google na supravodivých obvodoch a QuEra na neutrálnych atómoch –, čo umožnilo porovnanie naprieč tromi platformami, ktoré Christopher Monroe označil za popredné v oblasti kvantového počítania.⁵²¹

La Brújula Verde uviedla, že tím Google využil supravodivé qubity usporiadané v dvoch dimenziách na modelovanie kalibračnej teórie zahŕňajúcej dve priestorové dimenzie plus čas, zatiaľ čo QuEra umiestnila desiatky atómov rubídia do konfigurácie typu kagome mriežky; naproti tomu usporiadanie iónového reťazca z Duke University fungovalo len v jednej priestorovej dimenzii.³

Podľa La Brújula Verde a NBC News predstavuje model z Duke University zjednodušenú kalibračnú teóriu obmedzenú na jednu priestorovú dimenziu plus čas, ktorá nedosahuje úroveň úplnej trojrozmernej, neabelovskej kvantovej chromodynamiky riadiacej skutočné kvarky; prepracovanejšie teórie zahŕňajúce ďalšie dimenzie zostávajú mimo dosah súčasných simulačných možností.³¹

Pohľad do budúcnosti

Monroe uviedol, že simulácie na kvantových počítačoch predstavujú najlepšiu dostupnú platformu na skúmanie otázok, akou je vznik hmoty, ak nemáme možnosť priamo pozorovať Veľký tresk, a dodal, že zistenia predstavujú posun v kvantovej vede, ktorý otvára nové cesty k pochopeniu dynamiky pretrhnutia struny.²

Zdroje uvádzajú, že s rastúcou veľkosťou problému budú takéto úlohy schopné riešiť už len kvantové počítače, keďže výpočtové nároky presahujú možnosti bežných strojov; NBC News uvádza, že kvantové stroje by v budúcnosti mohli slúžiť na riešenie problémov vysokoenergetickej fyziky v reálnom čase.⁵²⁶⁴

Na projekte sa podieľali University of Maryland, Oxfordská univerzita, Caltech, Cornell University a KU Leuven, pričom financovanie zabezpečili Ministerstvo energetiky USA, Národná vedecká nadácia, Úrad Vzdušných síl pre vedecký výskum, DARPA a Amazon Web Services.⁵