L’IFIC utilitza el buit quàntic per a millorar les prediccions en física de partícules i avançar en computació quàntica
Un equip internacional liderat per l'Institut de Física Corpuscular (IFIC, UV-CSIC) ha desenvolupat un algorisme que permet predir amb major precisió el comportament de les partícules elementals en acceleradors com el Gran Col·lisionador d'Hadrons (LHC) del CERN. Basat en les fluctuacions del buit quàntic, el mètode s'ha provat per primera vegada per a predir el comportament del bosó de Higgs en un ordinador quàntic amb un nivell de detall sense precedents en aquesta mena de màquines.
El buit en Física quàntica és un concepte tan fascinant com desconcertant ja que lluny de ser un espai desproveït de tot contingut, representa un escenari dinàmic on partícules i antipartícules sorgeixen i s'aniquilen de manera constant, guiades pel principi d'incertesa de Heisenberg. Aquestes fluctuacions del buit quàntic, encara que breus, deixen una petjada indeleble que permet millorar significativament les prediccions teòriques sobre el comportament de les partícules subatòmiques, una cosa fonamental per a interpretar les dades en experiments com el LHC.Tradicionalment, els models teòrics que prediuen aquest comportament s'han basat en els diagrames del premi Nobel Richard Feynman, que ràpidament donen lloc a complicats càlculs teòrics difícils de resoldre.
El treball que acaba de presentar un equip científic internacional, liderat per l'Institut de Física Corpuscular (IFIC, UV-CSIC), proposa un enfocament innovador que proporciona representacions matemàtiques més precises dels processos físics reals. L'absència d'infinits, juntament amb la naturalesa quàntica intrínseca de la física de partícules, ha permés a l'equip científic implementar amb èxit el seu nou algorisme en un ordinador quàntic.
“Quan un formalisme matemàtic condueix a complicacions innecessàries, sol ser senyal que existeix un mode més elegant i directe per a obtindre el resultat”, explica Germán Rodrigo, investigador principal del grup LHCPHENO de l’IFIC i líder d'aquest estudi. “El mètode que hem desenvolupat incorpora de manera manifesta el principi físic fonamental de causalitat o causa-efecte, que a banda de possibilitar prediccions teòriques més avançades ofereix una nova perspectiva per a entendre les enigmàtiques propietats quàntiques del buit”, assegura el físic teòric del CSIC a l’IFIC.
Aquest mètode, publicat en la revista científica Physical Review Letters, s'ha implementat per primera vegada en un ordinador quàntic, un avanç arreplegat en un altre article publicat en la revista Quàntum Science and Technology.
Aplicacions en computació quàntica
Aquesta fita ha facilitat la predicció, per primera vegada en aquesta mena de plataformes, de la taxa de desintegració del bosó de Higgs, la partícula elemental responsable de la massa en l'univers. Aconseguir aquest resultat en un ordinador quàntic, a més de validar la seua capacitat per a abordar problemes avançats de física teòrica, obri noves possibilitats per a l'ús de la computació quàntica en simulacions de partícules elementals i altres aplicacions en física d'altes energies.
Jorge Martínez de Lejarza, doctorant en l’IFIC i un dels autors de l'últim treball, apunta: “Els ordinadors quàntics prometen revolucionar la computació en el segle XXI, superant els ordinadors clàssics en la resolució d'uns certs problemes concrets. En física de partícules ens enfrontem a alguns dels majors desafiaments en la ciència i, en eixe sentit, la nostra missió és reformular-los per a permetre la seua execució en ordinadors quàntics, contribuint així a millorar la comprensió de l'univers”.
Aquest avanç obri noves oportunitats per al desenvolupament d'aplicacions en computació quàntica i representa un pas significatiu en l'exploració de les fronteres de la física de partícules. Els dos treballs s'han realitzat en col·laboració amb personal investigador de la Universitat de Salamanca, la Universitat Autònoma de Sinaloa (Mèxic) i la Iniciativa en Tecnologies Quàntiques del CERN.
