آیا کامپیوترهای کوانتومی می‌توانند به پژوهشگران در فهم داخل یک ستاره نوترونی کمک کنند؟
یک مقالهٔ تازه منتشرشده در Nature Communications می‌تواند پژوهشگران را در مسیر درک یکی از عجیب‌ترین، داغ‌ترین و چگال‌ترین مکان‌های جهان، یعنی ستارهٔ نوترونی، قرار دهد.
کریستین موسچیک، عضو هیئت علمی مؤسسهٔ محاسبات کوانتومی دانشگاه واترلو (IQC) و پژوهشگر وابسته در مؤسسهٔ پیرامتر، بخشی از یک گروه تحقیقاتی دو‌جانبهٔ ایالات متحده و کانادا است که از یک کامپیوتر کوانتومی برای توسعهٔ نظریهٔ دینامیک رنگی کوانتومی (QCD) استفاده می‌کند؛ نظریه‌ای که چگونگی تعامل انواع مختلف کوارک‌ها و گلوئون‌ها (اصلی‌ترین بلوک‌های بنیادین طبیعت) در هسته‌ها را توصیف می‌دهد.
برای درک دقیق رفتار پلاسمأ کوارک‑گلوونی در شرایطی که به‌اندازهٔ آغاز کیهان یا داخل یک ستارهٔ نوترونی افراطی است، دانشمندان به یک نقشه یا آنچه «نقشهٔ فاز» نامیده می‌شود، نیاز دارند تا انتقالات فازی در این شرایط فوق‌العاده، چنان چگال و پیچیده که شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای کلاسیک این مدل‌ها را شکست می‌دهند، توصیف کند.
اما حتی با استفاده از یک کامپیوتر کوانتومی، چالش‌های مدل‌سازی چنین محیط‌های با چگالی ذرات بالا، بسیار بزرگ هستند.
موسچیک می‌گوید: «این یکی از حوزه‌هایی است که کامپیوترهای کنونی ما به‌طور کامل در آنها شکست می‌خورند و ما را به استفاده از کامپیوترهای کوانتومی برمی‌انگیزد. این کار می‌تواند به ما درک بهتری از طبیعت و همچنین از وضعیت‌های ماده‌ای که در کیهان اولیه امکان‌پذیر بودند، بدهد.»
تیم به‌طور ساده‌سازی‌شده، یک نمودار فاز یک‌بعدی را توسعه داد که می‌تواند نقطه‌آغاز مطالعات آیندهٔ دینامیک رنگی کوانتومی در چنین محیط‌های افراطی باشد. این طرح در یک کامپیوتر کوانتومی با یون‌های محبوس توسط تیمی در ایالات متحده با موفقیت آزمایش شد و پایه‌ای برای کاوش پدیده‌های QCD بر روی بسترهای کوانتومی گذاشت و شبیه‌سازهای کوانتومی را کارآمدتر کرد.
آنها از حرکات یون‌های محبوس به‌عنوان کیوبیت‌های کمکی برای یک نوع جدید از رجیستر انسیلا استفاده کردند که به‌بهینه‌سازی محاسبات کوانتومی کمک شایانی کرد.
موسچیک می‌گوید: «این پیشرفت کل حوزهٔ محاسبات کوانتومی است؛ اکنون که ما این نوع جدید از رجیستر انسیلا را در اختیار داریم که می‌توانیم به نفع خود به کار ببریم.»
اطلاعات بیشتر: آنتون تی. تان و همکاران، «نقشهٔ فاز دینامیک رنگی کوانتومی در یک بُعد بر روی یک کامپیوتر کوانتومی»، Nature Communications (۲۰۲۵). DOI: 10.1038/s41467-025-65198-w
اطلاعات مجله: Nature Communications