دانشمندان با ابداع نوع جدیدی از رایانه‌های کوانتومی که قادر به بررسی حرکت ذرات بنیادی است، گامی بلند در جهت درک ذرات و نیروهای سازنده جهان برداشتند. پژوهشگران دانشگاه اینسبروک اتریش و موسسه محاسبات کوانتومی کانادا، با توسعه روشی نوین در استفاده از رایانه‌های کوانتومی برای شبیه‌سازی فعل و انفعالات ذرات، افق‌های جدیدی را در کاوش‌های علمی گشوده‌اند.
هدف اصلی این پژوهش، که نتایج آن در سایت ساینس منتشر شده، درک “مدل استاندارد فیزیک ذرات بنیادی” است. این مدل، نحوه رفتار ذراتی همچون الکترون‌ها و پوزیترون‌ها و تعامل آن‌ها با نیروهایی مانند نیروی الکترومغناطیسی را توضیح می‌دهد. با این حال، درک رفتار این ذرات و نیروها به دلیل پیچیدگی محاسبات، حتی برای قدرتمندترین ابررایانه‌های جهان نیز چالش‌برانگیز است. رایانه‌های کوانتومی سنتی نیز در این زمینه با محدودیت‌هایی مواجه هستند.
پیشرفت حاصل شده، مرهون استفاده از نوع متفاوتی از رایانه‌های کوانتومی است که به جای استفاده از بیت‌ها یا کیوبیت‌ها، از “کیودیت‌ها” بهره می‌برند. کیودیت‌ها قادر به ذخیره بیش از دو مقدار هستند و در این پژوهش، حتی تا پنج مقدار نیز ذخیره شده است. این ویژگی، کیودیت‌ها را برای مدیریت محاسبات پیچیده فیزیک ذرات مناسب‌تر می‌سازد.
تیم پژوهشی دانشگاه اینسبروک، رایانه کوانتومی مبتنی بر کیودیت را توسعه داد و گروه واترلو کانادا، الگوریتمی برای شبیه‌سازی نحوه تعامل ذرات بنیادی طراحی کرد. این گروه توانست میدان‌های مغناطیسی تشکیل‌شده بین ذرات را مشاهده کند، پدیده‌ای که در آزمایش‌های یک‌بعدی پیشین امکان‌پذیر نبود. این موفقیت، نشان‌دهنده توانایی رایانه‌های کوانتومی در انجام شبیه‌سازی‌های پیچیده‌تر و هموار شدن مسیر برای اکتشافات بیشتر است.
پژوهشگران توانستند تئوری میدان کوانتومی کامل دوبعدی را شبیه‌سازی کنند، دستاوردی که نسبت به آزمایش‌های پیشین، که تنها قادر به شبیه‌سازی ذرات در یک خط مستقیم بودند، پیشرفت قابل توجهی محسوب می‌شود. دانشمندان بر این باورند که با افزایش تعداد کیودیت‌ها، می‌توان رفتار ذرات سه‌بعدی و حتی نیروی هسته‌ای قوی را نیز شبیه‌سازی کرد.
مارتین رینگ‌باوئر، فیزیکدان دانشگاه اینسبروک، این پژوهش را آغازی برای مسیری پربار می‌داند و معتقد است که رایانه‌های کوانتومی، پتانسیل عظیمی در پاسخگویی به بزرگترین سوالات فیزیک دارند.