เว็บสล็อต , สล็อตแตกง่าย แรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งคือสิ่งที่ยึดนิวเคลียสของอะตอมไว้ด้วยกัน และความเข้าใจทางคณิตศาสตร์ของเราในปัจจุบันได้นำไปสู่การเข้าใจอย่างถ่องแท้ถึงธรรมชาติของสสาร อย่างไรก็ตาม คำถามบางข้อ เช่น องค์ประกอบของสสารของเอกภพยุคแรกๆ ได้หลบเลี่ยงความพยายามอย่างเต็มที่ของนักฟิสิกส์ และการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ของระบอบการปกครองเหล่านี้ถูกจำกัดโดยเนื้อแท้
แม้จะมีเครื่องจักรคลาสสิกที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่จะคิดได้
ด้วยข้อจำกัดเหล่านี้ นักฟิสิกส์บางคนจึงหันมาใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัม โดยหวังว่าความสามารถของพวกเขาจะตรงกับความต้องการของการจำลองมากกว่า ทีมงานร่วมจาก University of Waterloo และ York University ทั้งในแคนาดา ได้ก้าวไปสู่เป้าหมายนี้โดยการจำลองปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคของสสารโดยใช้คลาสของอัลกอริธึมควอนตัมที่เรียกว่าอัลกอริทึมแบบแปรผัน งานนี้อาจทำให้สามารถศึกษาพฤติกรรมของนิวเคลียสภายหลังบิกแบงและในวัตถุทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ เช่น ดาวนิวตรอน ซึ่งเป็นระบบที่ไม่สามารถเข้าถึงได้บนคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก
การจำลองกำลังพื้นฐานในทฤษฎีควอนตัมของปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (เรียกว่า quantum electrodynamics หรือ QED) อนุภาคที่นำแรงแม่เหล็กไฟฟ้า – โฟตอน – ไม่ได้ทำปฏิกิริยาโดยตรงกับตัวเอง ทฤษฎีประเภทนี้เรียกว่าทฤษฎีเกจอาเบเลียน ในทางตรงกันข้าม ทฤษฎีของแรงแรง (เรียกว่าควอนตัมโครโมไดนามิกส์หรือ QCD) ไม่ใช่อาบีเลียน และอนุภาคอุ้มแรงที่เรียกว่ากลูออน มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน
อนุภาคผสม: การเรนเดอร์งานศิลปะของ meson (ซ้าย) และ baryon (ขวา) มีซอนประกอบด้วยควาร์ก (แสดงโดยวงกลมเต็ม) แอนติควาร์ก (แทนด้วยวงกลมลายทาง) และกลูออนที่เชื่อมต่อกัน แบริออนประกอบด้วยควาร์กสามตัวและกลูออนสามตัว อันตรกิริยานี้ทำให้เกิดอนุภาคประกอบที่หลากหลาย รวมทั้งแบริออน เช่น โปรตอนและนิวตรอน
ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคสสารสามอนุภาคที่เรียกว่าควาร์ก
และมีซอน ซึ่งเป็นคู่ของควาร์กกับแอนติควาร์ก “ทฤษฎีเกจที่ไม่ใช่ของชาวอาเบเลียนเป็นพื้นฐานของการสร้างสสารรอบตัวเรา และจำเป็นสำหรับการอธิบายจักรวาลของเราอย่างครบถ้วน” Jinglei Zhangนักวิจัยดุษฏีบัณฑิตที่วอเตอร์ลูและผู้เขียนบทความอธิบายควอนตัมล่าสุด อธิบาย การจำลอง
ในขณะที่การคาดการณ์ใน QCD มีความสำคัญต่อความเข้าใจของเราเกี่ยวกับจักรวาลของเรา แต่ก็ไม่ได้ปราศจากความท้าทาย เนื่องจากธรรมชาติของปฏิกิริยาของกลูออน เมื่อมีพลังงานสูงสุดเท่านั้นที่ควาร์กจะเป็นอิสระจากพันธะกับควาร์กอื่นๆ คุณสมบัตินี้เรียกว่าการกักขัง เกิดขึ้นเนื่องจากความแข็งแกร่งของกำลังแรงเพิ่มขึ้นตามพลังงานที่ลดลง น่าเสียดายที่สิ่งนี้ทำให้ไม่สามารถคำนวณหรือประมาณกระบวนการของอนุภาคได้โดยใช้วิธีการทางคณิตศาสตร์ที่มักใช้ในทฤษฎีที่ง่ายกว่า เช่น QED
นักฟิสิกส์จะต้องใช้กลยุทธ์อื่น: จำลองควาร์กและกลูออนบนคอมพิวเตอร์ แต่แนวทางนี้ก็มีข้อจำกัดเช่นกัน แม้ว่าการคาดคะเนทางทฤษฎีมักจะใช้การสมมติกาลอวกาศแบบต่อเนื่อง เช่นเดียวกับที่เราคิดว่าเราอาศัยอยู่ แต่สิ่งนี้ไม่สามารถทำได้บนคอมพิวเตอร์ แทนที่ ควาร์กจะต้องถูกจำกัดให้เป็นจุดบนตาราง โดยคั่นด้วยระยะห่างที่แน่นอนและเชื่อมต่อด้วยกลูออนที่ส่งแรง
วิธีการนี้ซึ่งแยกพื้นที่ว่างเรียกว่า lattice QCD มีสองเฟรมเวิร์กสำหรับการนำไปใช้บนคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก เฟรมเวิร์กแรกไม่แบ่งแยกเวลาและพื้นที่ ซึ่งทำให้ไม่สามารถจำลองไดนามิกของระบบและแนะนำอุปสรรคที่เรียกว่าปัญหาสัญญาณ ปัญหานี้เกิดขึ้นเมื่อคำนวณการคาดการณ์สำหรับควาร์กและกลูออนที่มีพลังงานสูง ซึ่งผลบวกและค่าลบเกือบจะเท่ากัน การจำลองนั้นจะต้องมีความแม่นยำอย่างเหลือเชื่อเพื่อคาดการณ์ได้อย่างแม่นยำ กรอบงานที่สองยังคงรักษาธรรมชาติของเวลาอย่างต่อเนื่อง แต่พบปัญหาที่แตกต่างกัน: เวลาในการสร้างการคาดการณ์เพิ่มขึ้นอย่างทวีคูณด้วยจำนวนของอนุภาค ซึ่งจำกัดการบังคับใช้กับระบบที่มีขนาดค่อนข้างเล็ก
คอมพิวเตอร์ควอนตัมอาจช่วยแก้ปัญหาได้
ภายในกรอบเวลาต่อเนื่อง ข้อเท็จจริงที่ว่าควอนตัมบิตหรือ qubits มีอยู่ในการซ้อนทับกันของหลายสถานะพร้อมกัน ทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นอิสระจากการสเกลแบบเอ็กซ์โพเนนเชียลที่ทำให้เกิดภัยพิบัติคู่แบบคลาสสิก โดยหลักการแล้ว เสรีภาพนี้สามารถช่วยให้นักฟิสิกส์ขยาย QCD ตาข่ายไปยังระบอบการปกครองที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ก่อนหน้านี้
การคำนวณด้วยโปรเซสเซอร์ควอนตัมที่มีแนวโน้มผิดพลาด
อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ โปรเซสเซอร์ควอนตัมในปัจจุบันมีขนาดค่อนข้างเล็กและมีข้อจำกัดในการใช้งาน สาเหตุหลักมาจากเสียงรบกวนที่เกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างคอมพิวเตอร์ควอนตัมกับสภาพแวดล้อมโดยรอบ โชคดีที่คลาสของขั้นตอนการคำนวณควอนตัมที่รู้จักกันในชื่ออัลกอริธึมควอนตัมแปรผันนั้นมีความยืดหยุ่นต่อสัญญาณรบกวนอย่างน่าทึ่ง ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถใช้อุปกรณ์ควอนตัมระดับกลางที่มีเสียงดัง (NISQ) เหล่านี้ได้
ในอัลกอริธึมควอนตัมที่แปรผัน ตัวประมวลผลควอนตัมทำงานร่วมกับตัวประมวลผลแบบคลาสสิกเพื่อให้งานเสร็จสมบูรณ์ เช่นเดียวกับในอัลกอริธึมควอนตัมอื่น ๆ โปรเซสเซอร์ควอนตัมใช้ลำดับของเกตที่ประกอบด้วยวงจรควอนตัม และเกตเหล่านี้ทำหน้าที่ในชุดของ qubits ที่เรียกว่ารีจิสเตอร์ ความแตกต่างก็คือสำหรับอัลกอริธึมควอนตัมที่แปรผัน บางเกทเหล่านี้สามารถปรับได้ด้วยพารามิเตอร์ควบคุมตัวแปรเพื่อสร้างกลุ่มของการดำเนินการควอนตัมที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างเช่น qubit แต่ละอันสามารถควบคุมได้โดย “มุมการหมุน” ซึ่งเปลี่ยนสถานะ qubit ให้เป็น superposition ใหม่ของศูนย์และหนึ่งอย่างเป็นระบบ ในขณะเดียวกัน บทบาทของโปรเซสเซอร์แบบคลาสสิกคือการเพิ่มประสิทธิภาพเหนือพารามิเตอร์เหล่านี้ทั้งหมด โดยเลือกมุมที่ช่วยให้โปรเซสเซอร์ควอนตัมทำงานที่ต้องการได้ดีที่สุด
ภาพประกอบของคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก (แสดงโดยจอคอมพิวเตอร์) และคอมพิวเตอร์ควอนตัม (แสดงโดยตู้เย็นแบบเจือจาง)
ดีที่สุดของทั้งสอง: ในอัลกอริธึมควอนตัมคลาสสิกแบบไฮบริด คอมพิวเตอร์ควอนตัมและคลาสสิกทำงานร่วมกันเป็นโปรเซสเซอร์ร่วมเพื่อทำงานให้เสร็จลุล่วง (มารยาท: Jinglei จาง)
การประยุกต์ใช้วิธีการแปรผันครั้งแรกกับอัลกอริธึมควอนตัมเกิดขึ้นในปี 2557 ด้วยการพัฒนาอัลกอริธึมที่เรียกว่าควอนตัมไอเกนโซลเวอร์ (VQE) ใน VQE เครื่องมือเพิ่มประสิทธิภาพแบบคลาสสิกจะเลือกมุมการหมุนที่เปลี่ยนสถานะของรีจิสเตอร์เป็นสถานะทางกายภาพของระบบแบบจำลองที่กำลังศึกษา (ไอเกนสเตต) การใช้เทคนิคนี้นักพัฒนาของอัลกอริทึมสามารถประเมินพลังงานสถานะพื้นของโมเลกุลได้อย่างแม่นยำที่สุดเท่าที่จะทำได้ด้วยเทคนิคคลาสสิกที่ล้ำสมัย แม้จะมีลักษณะที่มีแนวโน้มผิดพลาดของตัวประมวลผลควอนตัมก็ตาม ตั้งแต่นั้นมา อัลกอริธึมการแปรผันได้ถูกนำมาใช้กับปัญหามากมายในด้านเคมีและฟิสิกส์พื้นฐาน เว็บสล็อต , สล็อตแตกง่าย
