Roma – Simulare una teoria quantistica dei campi completa in più di una dimensione spaziale. A questo curioso e complesso obiettivo è stato orientato uno studio, pubblicato sulla rivista Nature Physics, condotto dagli scienziati dell’Università di Innsbruck e dell’Università di Waterloo. Il team, guidato da Martin Ringbauer, Michael Meth e Christine Muschik, ha utilizzato un nuovo tipo di computer quantistico per proporre un approccio innovativo alla fisica quantistica.
Il modello standard della fisica delle particelle, spiegano gli esperti, rappresenta l’approccio migliore per descrivere le forze che compongono la realtà. In quest’ottica, particelle e antiparticelle sono descritte come campi quantistici che interagiscono attraverso campi di forza, come la forza elettromagnetica che lega le particelle cariche. Attualmente, per approfondire il funzionamento dei campi quantistici si eseguono complesse simulazioni al computer, molte delle quali richiedono calcoli troppo complicati persino per i supercomputer. Il gruppo di ricerca ha simulato una teoria quantistica dei campi che permette di rappresentare le forze tra particelle, come la forza elettromagnetica tra particelle cariche. La difficoltà principale nell’adottare un approccio quantistico, precisano gli studiosi, sta nel fatto che i diversi campi possono puntare in direzioni diverse e avere diversi gradi di intensità o eccitazioni. Tali oggetti non si adattano perfettamente al paradigma di calcolo binario tradizionale basato su zero e uno, che è la base dei computer classici e quantistici attualmente in uso. Nella pubblicazione, gli autori propongono un modello basato sulla combinazione di un computer quantistico qudit sviluppato a Innsbruck e di un algoritmo qudit per simulare interazioni fondamentali di particelle sviluppato a Waterloo. L’approccio permette l’utilizzo di un massimo di cinque valori per vettore di informazioni quantistiche, anziché solo zero e uno, per archiviare ed elaborare in modo efficiente le informazioni. “Questa tecnologia – afferma Meth – consente una rappresentazione naturale dei campi quantistici, il che rende i calcoli molto più efficienti. Oltre al comportamento delle particelle, ora vediamo anche campi magnetici tra di esse, che possono esistere solo se le particelle non sono limitate a muoversi su una linea e ci portano un importante passo avanti verso lo studio della natura”. Il nuovo lavoro sull’elettrodinamica quantistica è solo l’inizio, dichiarano gli autori. “Con pochi qudit in più – conclude Ringbauer – sarà possibile estendere i risultati attuali non solo ai modelli tridimensionali, ma anche alla forza nucleare forte, che tiene insieme gli atomi e contiene molti dei misteri rimanenti della fisica. Siamo entusiasti del potenziale di questi nuovi computer quantistici”.(30Science.com)
