Квантовый компьютер впервые решил уравнения Эйнштейна экспресс
Камертон ударили молоточком — и он вибрирует, а звук постепенно затихает. Примерно так же ведёт себя чёрная дыра, если её возмутить: она испускает гравитационные волны — рябь самого пространства — и успокаивается. Но чтобы рассчитать эту «мелодию», нужно решить сложнейшие уравнения Эйнштейна, описывающие, как материя искривляет пространство-время. Обычно для этого строят огромные компьютерные симуляции, гоняя числа на тысячах процессоров.
Авторы новой работы попробовали иной путь — квантовый. Они переложили уравнения Эйнштейна (точнее, их специальную форму, удобную для расчётов) на язык квантовых схем — последовательностей операций с кубитами. Затем взяли простейший случай: чёрную дыру Шварцшильда — массивный шар, сжатый до предела, без вращения. Её «ударили» небольшой добавкой и проследили, как возникают так называемые квазинормальные моды — затухающие колебания, похожие на затихающий звон колокола. Расчёт прогнали на симуляторе квантового компьютера и на реальном квантовом процессоре IBM, получив доступ через облачную программу.
Пока задача решена в упрощённом виде — как доказательство работоспособности метода. Но это важный шаг: квантовые компьютеры могут однажды взять на себя самые трудные части расчётов, где обычные машины буксуют. Например, моделирование слияния двух чёрных дыр с высокой точностью или эволюцию целых скоплений галактик. И тогда камертон зазвучит во всю мощь.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2606.20975
In this work, we show how simulations performed on classical computers such as those of Numerical Relativity can be tackled by quantum algorithms for solving systems of partial differential equations. We develop a proof-of-principle quantum algorithm for solving Einstein Field Equations in the Wahlquist-Estabrook-Buchman-Bardeen(WEBB) tetrad Numerical Relativity formalism [1], and test it by evolving the Schwarzschild Black Hole spacetime in the WEBB Numerical Relativity formalism [2], perturbing it to obtain gravitational Quasinormal Modes [3]. We program the algorithm components for a gate-based, digital quantum computer using the Qiskit software [4] and run it on classical simulators and physical IBM quantum computers through the UKRI National Quantum Computing Centre (NQCC) Quantum Access program and quantify the computational resources and runtime.
Квазинормальные моды чёрной дыры можно услышать: учёные превращают их частоты в слышимый звук. «Голос» дыры с массой в 10 солнц — это низкий гул, быстро переходящий в тишину.