{"id":9261,"date":"2021-05-12T14:37:22","date_gmt":"2021-05-12T12:37:22","guid":{"rendered":"http:\/\/localhost:8888\/igfae-ber\/?p=9261"},"modified":"2024-04-12T14:23:11","modified_gmt":"2024-04-12T12:23:11","slug":"simulando-colisiones-del-lhc-con-computacion-cuantica","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/igfae.usc.es\/igfae\/es\/simulando-colisiones-del-lhc-con-computacion-cuantica\/","title":{"rendered":"Simulando colisiones del LHC con computaci\u00f3n cu\u00e1ntica"},"content":{"rendered":"<p><strong>Un nuevo trabajo liderado por el Instituto Galego de F\u00edsica de Altas Enerx\u00edas (IGFAE) propone una novedosa estrategia, basada en computaci\u00f3n cu\u00e1ntica, para simular procesos f\u00edsicos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) <\/strong><\/p>\n<p>El Modelo Est\u00e1ndar (SM) de F\u00edsica de Part\u00edculas es la teor\u00eda m\u00e1s exitosa y aceptada para describir las part\u00edculas elementales que componen el universo y la forma en la que interaccionan a trav\u00e9s de la fuerza nuclear fuerte, d\u00e9bil y electromagn\u00e9tica. En el lenguaje del Modelo Est\u00e1ndar, la naturaleza se describe en t\u00e9rminos de campos fundamentales que se extienden por el universo. Un campo puede entenderse como la distribuci\u00f3n de la temperatura dentro de una habitaci\u00f3n \u2012el Universo\u2012, con lugares donde \u00e9sta es muy alta o baja, que corresponden en el SM a puntos del Universo donde se encuentra una part\u00edcula. Este modelo ha sido y sigue siendo ampliamente probado en varios experimentos distribuidos por todo el mundo. Quiz\u00e1 el m\u00e1s famoso sea el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en ingl\u00e9s) del CERN, en Ginebra, donde en 2012 se observ\u00f3 por primera vez la \u00faltima pieza del Modelo Est\u00e1ndar que faltaba por verificar: el bos\u00f3n de Higgs.<\/p>\n<p>El LHC pone a prueba el SM acelerando protones a una velocidad cercana a la de la luz en un anillo de 27 km para hacerlos chocar despu\u00e9s. Dado que los protones est\u00e1n compuestos por otras part\u00edculas elementales, se rompen tras colisionar y producen una pl\u00e9tora de estados finales \u2012como si golpe\u00e1semos bolas de billar a gran velocidad\u2012 que los detectores del LHC miden y se comparan con simulaciones te\u00f3ricas. Esta pr\u00e1ctica ha sido muy exitosa, pero cuando se aumenta la precisi\u00f3n de los datos experimentales, por ejemplo, para buscar nueva f\u00edsica m\u00e1s all\u00e1 del Modelo Est\u00e1ndar, las capacidades computacionales de los ordenadores actuales son limitadas.<\/p>\n<p>No obstante, como se se\u00f1al\u00f3 por primera vez en <a href=\"https:\/\/science.sciencemag.org\/content\/336\/6085\/1130\">el trabajo fundacional de Jordan, Lee y Preskill (JLP)<\/a>, estas dificultades t\u00e9cnicas pueden superarse, en principio, representando los campos asociados a las part\u00edculas del Modelo Est\u00e1ndar en t\u00e9rminos de bits cu\u00e1nticos (<em>qubits<\/em>) y simulando sus interacciones mediante un ordenador cu\u00e1ntico. Aunque este enfoque es, en teor\u00eda, exponencialmente m\u00e1s r\u00e1pido que el mejor algoritmo de simulaci\u00f3n cl\u00e1sico conocido, la cantidad de <em>qubits<\/em> necesarios supera con creces el n\u00famero previsto que estar\u00e1 disponible en los ordenadores cu\u00e1nticos a corto plazo, lo que impide su aplicaci\u00f3n en los pr\u00f3ximos a\u00f1os. Por ello, es muy interesante considerar otros algoritmos cu\u00e1nticos para simular los procesos del LHC en un futuro pr\u00f3ximo.<\/p>\n<p>Ahora, un nuevo estudio publicado recientemente en la revista <a href=\"https:\/\/journals.aps.org\/pra\/abstract\/10.1103\/PhysRevA.103.042410\"><em>Physical Review A<\/em><\/a> por el investigador predoctoral del IGFAE Jo\u00e3o Barata, junto con Niklas Mueller (Universidad de Maryland), Andrey Tarasov (Universidad del Estado de Ohio y Centro para las Fronteras de la Ciencia Nuclear en la Universidad de Stony Brook) y Raju Venugopalan (Laboratorio Nacional de Brookhaven), propone una estrategia novedosa para simular la dispersi\u00f3n de part\u00edculas de alta energ\u00eda, motivada f\u00edsicamente por el modelo de partones de Feynman. En dicho modelo, cuando los protones colisionan a alta energ\u00eda, pueden verse como un conjunto de part\u00edculas fundamentales menos energ\u00e9ticas. As\u00ed, en lugar de describir los campos de los protones en t\u00e9rminos de bits cu\u00e1nticos, es m\u00e1s sencillo asignar directamente las part\u00edculas a los grados de libertad disponibles en el ordenador cu\u00e1ntico. Por lo tanto, mientras el n\u00famero de part\u00edculas sea peque\u00f1o, se espera que este enfoque sea el natural para describir las colisiones producidas en el LHC.<\/p>\n<p>\u201cAunque su puesta en pr\u00e1ctica requiere todav\u00eda m\u00e1s recursos que los disponibles en los ordenadores cu\u00e1nticos actuales, ofrece en algunos aspectos importantes una ventaja directa sobre la propuesta de JLP para simular la dispersi\u00f3n de alta energ\u00eda\u201d, explica Jo\u00e3o Barata, quien est\u00e1 realizando su tesis doctoral en el IGFAE gracias a una beca INPhINIT de la Fundaci\u00f3n \u201cla Caixa\u201d. \u201cPor ejemplo, utilizando esta \u201cimagen de part\u00edculas\u201d, el c\u00e1lculo en un ordenador cu\u00e1ntico es notablemente similar a los protocolos de medici\u00f3n utilizados en los detectores del LHC. Adem\u00e1s, este algoritmo puede aplicarse directamente a los c\u00e1lculos te\u00f3ricos m\u00e1s est\u00e1ndar de los procesos que rigen el Modelo Est\u00e1ndar, por lo que esperamos que pueda encontrar muchas m\u00e1s aplicaciones m\u00e1s all\u00e1 de este trabajo\u201d.<\/p>\n<p>Las aplicaciones de computaci\u00f3n cu\u00e1ntica a an\u00e1lisis de datos experimentales y c\u00e1lculos te\u00f3ricos en F\u00edsica de Altas Energ\u00edas, Astrof\u00edsica y F\u00edsica Nuclear es un campo emergente en todo el mundo, de crecimiento exponencialmente r\u00e1pido y con gran inter\u00e9s en el IGFAE, donde investigadores est\u00e1n dirigiendo sus esfuerzos hacia los retos de la segunda revoluci\u00f3n cu\u00e1ntica.<\/p>\n<p>Referencias:<br \/>\nJ. Barata, N. Mueller, A. Tarasov, R. Venugopalan, Phys.Rev. A, 103 (2021), 042410. <a href=\"https:\/\/doi.org\/10.1103\/PhysRevA.103.042410\">doi.org\/10.1103\/PhysRevA.103.042410<\/a><\/p>\n<p>Imagen: Ilustraci\u00f3n de una colisi\u00f3n de dos fotones en el experimento CMS del CERN durante la b\u00fasqueda del bos\u00f3n de Higgs en 2011 y 2012. El &#8220;circuito&#8221; sobreimpreso representa el mismo proceso que se simula en un ordenador cu\u00e1ntico: los recuadros y las l\u00edneas son las partes de este circuito (como se tendr\u00eda en un circuito el\u00e9ctrico) y las f\u00f3rmulas representan la operaci\u00f3n f\u00edsica que se realiza. Cr\u00e9dito: CERN.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Un nuevo trabajo liderado por el Instituto Galego de F\u00edsica de Altas Enerx\u00edas (IGFAE) propone una novedosa estrategia, basada en computaci\u00f3n cu\u00e1ntica, para simular procesos f\u00edsicos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) El Modelo Est\u00e1ndar (SM) de F\u00edsica de Part\u00edculas es la teor\u00eda m\u00e1s exitosa y aceptada para describir las part\u00edculas elementales que componen [&hellip;]<\/p>\n","protected":false},"author":7,"featured_media":9251,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[215,234],"class_list":["post-9261","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-noticias-3","category-noticias-cientificas-3"],"acf":[],"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO plugin v27.4 - https:\/\/yoast.com\/product\/yoast-seo-wordpress\/ -->\n<title>Simulando colisiones del LHC con computaci\u00f3n cu\u00e1ntica - 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