Рождение частиц в расширяющейся Вселенной на квантовом компьютере экспресс
Ранняя Вселенная напоминала стремительно надуваемый шар — она раздувалась так быстро, что свет не успевал догнать собственные края. Потом этот бешеный разгон сменился спокойным расширением. Шар перестали надувать, и он начал медленно сдуваться. В момент смены режимов пустота не осталась пустой: из неё, словно из перегретого котла, выплеснулись пары частиц.
Авторы новой работы воспроизвели этот процесс на квантовом компьютере. Они разбили всё время перехода на крошечные шажки — примерно как покадровая съёмка лопающегося мыльного пузыря. На каждом шаге компьютер считал, сколько пар частиц успело родиться. Такой подход позволил увидеть не только итоговое число частиц, но и сам процесс их накопления.
Эксперимент на реальном квантовом процессоре IBM показал, что даже самая простая версия расчёта страдает от ошибок порядка одной сотой. Это как пытаться услышать шёпот в шумном цеху — сигнал есть, но разобрать его пока трудно. Тем не менее, сам факт работающего прототипа открывает путь к более точным симуляциям, когда квантовые машины станут чище.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2605.04099
We present a time-resolved digital quantum simulation of cosmological particle creation in a de~Sitter--radiation FLRW transition. Instead of compiling only the final Bogoliubov transformation into a one-shot circuit, we discretize the conformal-time evolution and implement the dynamics as a Trotterized sequence of short-time circuit blocks. This formulation gives access not only to the late-time particle number, but also to the build-up of fixed-basis pair occupation during the non-adiabatic transition. Using a four-qubit single-excitation encoding for a momentum pair $$(+\mathbf{k},-\mathbf{k})$$, we compare matrix-Trotter evolution, noiseless statevector simulation, finite-shot Qiskit Aer simulation, and a shallow $$N=1$$ IBM hardware implementation. The simulator results are consistent with the analytic sudden-transition benchmark $$n_k=1/[4(k\eta_e)^4]$$ in the controlled single-excitation regime. The IBM experiment demonstrates execution of the shallow circuit block, but exhibits a residual hardware error of order $$10^{-2}$$, indicating that quantitative hardware reconstruction of the particle spectrum remains beyond current NISQ performance.
В квантовом симуляторе использовали всего четыре кубита для пары частиц с противоположными импульсами — как если бы два близнеца разлетались в разные стороны, но оставались связанными невидимой нитью.
В романе «Контакт» Карла Сагана инопланетяне используют космологическое рождение частиц для передачи сообщений — здесь же мы впервые видим, как этот процесс можно воссоздать на земном устройстве.