Anwendungen und Simulationen der Quanteninformatik
Anwendungen der Theorie
Am Fermilab beschäftigen wir uns sehr intensiv mit der Quantentheorie und ihren Anwendungen. Die Quantentheorie ist der Schlüssel zum Verständnis all dessen, was wir im Bereich der Quantenwissenschaft und -technologie tun. Theoretiker untersuchen, wie man die Quantenwissenschaft vorantreiben und Quantengeräte einsetzen kann, um schwierige Quantenprobleme zu lösen, die nicht einmal die leistungsstärksten Supercomputer lösen können.
Der Quantencomputer ist ein gutes abstraktes Modell für die Erfassung aller Informationsverarbeitungsprozesse, die in der Natur möglich sind, einschließlich derer auf der fundamentalsten Ebene – subatomare Teilchen und Kräfte. Fermilab-Theoretiker wollen die Verbindungen zwischen der Quantenwissenschaft und den Quantenfeldtheorien (QFTs), die die Grundlage für die Teilchenphysik bilden, erforschen und weiterentwickeln. QFTs ermöglichen Theoretikern die Beschreibung und Berechnung von Phänomenen in einer Vielzahl von Größenordnungen, darunter Beispiele aus der Theorie der Quantenelektrodynamik, den effektiven Feldtheorien der starken und schwachen Wechselwirkung bei niedrigen Energien, den Eichtheorien des Standardmodells der Teilchenphysik und möglichen Erweiterungen über das Standardmodell hinaus. Die Wissenschaftler untersuchen auch Ansätze zur Verringerung von Fehlern bei der Quantensimulation von QFTs unter Verwendung der Techniken der effektiven Feldtheorien. Von besonderem Interesse ist die Simulation der Quantenchromodynamik, bekannt als QCD. Sie wollen das Fachwissen von Fermilab bei den Gitter-QCD-Berechnungen nutzen, um die Quantensimulation zu informieren und zu verbessern.