Исследователи Центра квантовых технологий Университета Дьюка с помощью симулятора на 13 удерживаемых ионах воспроизвели процесс, аналогичный разрыву связей между кварками. Результаты работы опубликованы 23 сентября 2026 года в журнале Nature Physics. Эксперимент может помочь изучать образование частиц и процессы, происходившие после Большого взрыва.
Кварки входят в состав протонов и нейтронов и не наблюдаются поодиночке. Их взаимодействие можно представить как связь, похожую на натянутую струну: при попытке разделить кварки энергия накапливается, а после разрыва превращается в новые частицы. В природе такие явления возникают в экстремальных условиях, в том числе на Большом адронном коллайдере и на ранних этапах существования Вселенной.
В эксперименте цепочка из электрически заряженных атомов была настроена на работу по математической модели поведения кварков. Лазерные лучи изменяли взаимодействия между ионами, имитируя накопление энергии при растяжении связи. Учёные вывели систему из равновесия, а затем наблюдали появление эффективных зарядов — элементов модели, соответствующих заряженным частицам, и восстановили динамику условной «струны».
Преобразование энергии в частицы связано с соотношением между массой и энергией, выраженным формулой Эйнштейна E = mc². После условного разрыва в модели возникали дополнительные пары частиц, тогда как первоначально присутствовала одна пара. «Работать на пересечении квантового моделирования и физики высоких энергий невероятно интересно», — заявил первый автор исследования Аринджой Де, ранее занимавшийся научной работой в лаборатории Кристофера Монро, а теперь возглавляющий производственное машинное направление в QuEra Computing.
Точность эксперимента проверили, запустив ту же модель на обычном компьютере. Совпадение результатов подтвердило, что квантовый симулятор корректно воспроизводит модель в исследованном масштабе, однако дальнейшая задача заключается в увеличении сложности расчётов, недоступных даже крупнейшим классическим компьютерам. По словам Зорех Давуди, доцента физики Университета Мэриленда и участницы проекта, изучение неравновесных моделей на атомном уровне может дать сведения об условиях ранней Вселенной.
В совместной работе участвовали специалисты Университета Мэриленда, Оксфордского университета, Калифорнийского технологического института, Корнеллского университета и KU Leuven. Похожие эксперименты ранее провели команды Google и QuEra Computing, использовавшие сверхпроводящие схемы и нейтральные атомы. Кристофер Монро назвал сопоставление трёх платформ важным ориентиром для квантовых вычислений, а SciTechDaily сообщил, что исследование открывает новые возможности для изучения динамики разрыва струн и образования материи.