Физики изучили смерть Вселенной из-за состояния ложного вакуума на квантовом компьютере

Физические системы стремятся оказаться в состоянии минимума энергии. Приблизительно 50 лет назад физики, исследовавшие квантовую теорию поля, предположили, что Вселенная может находиться в ложном вакууме — состоянии, которое кажется стабильным, но на самом деле может быть на грани перехода к более устойчивому, истинному вакууму. Если Вселенная совершит такой переход, перестанут работать или сильно изменятся все законы физики.

Хотя этот процесс способен вызвать катастрофические изменения и смерть Вселенной, эксперты сходятся во мнении, что предсказать время или вероятность такого перехода крайне сложно. Вероятно, это произойдет в астрономически долгий период, возможно, протяженностью миллионы лет.

Международная команда ученых получила ценные данные о механизме распада ложного вакуума — процессе перехода из точки ложного вакуума в точку истинного вакуума. Предполагается, что похожие процессы происходили во времена Большого взрыва и формирования Вселенной. Исследователи изучали механизмы, лежащие в основе этого события. Научная работа опубликована в журнале Nature Physics.

Ученые использовали особый тип квантового компьютера, содержащий 5564 кубита. Квантовый отжигатель, квантовый аннелер — устройство, разработанное компанией D-Wave Quantum Inc. для решения сложных задач оптимизации. Этот узкоспециализированный квантовый компьютер ищет наилучшее решение из множества возможных. С помощью отжигателя ученые смоделировали поведение пузырьков истинного вакуума в ложном.

Пузырьки в этой теоретической модели Вселенной похожи на те, что образуются в водяном паре, охлажденном ниже точки росы. В такой системе спонтанно образуются водяные капли, которые могут как остаться одни, так и собраться в более крупные. Ученые полагают, что формирование, взаимодействие и распространение пузырьков истинного вакуума могут стать триггером для полного распада ложного вакуума.

Квантовый отжигатель позволил наблюдать сложный «танец» пузырьков — их формирование, рост и взаимодействие в реальном времени. Эти наблюдения показали, что динамика процесса не ограничена изолированными событиями: она включает сложные взаимодействия, например влияние меньших пузырьков на более крупные.

Команда утверждает, что эти результаты дают новые представления о том, как подобные переходы могли происходить вскоре после Большого взрыва. Крупный квантовый отжигатель позволил ученым сделать полезные для изучения неравновесных квантовых систем и фазовых переходов выводы. Такие системы велики, и их трудно исследовать традиционными вычислительными методами.

По мнению авторов, их работа представляет собой важный шаг в понимании квантовой динамики, открывает захватывающие перспективы для будущего квантовых вычислений и их потенциала в изучении самых сложных вопросов фундаментальной физики Вселенной.