VU mokslininkai su partneriais kurs naujos kartos kvantinius simuliatorius

Tarptautinė mokslininkų komanda, kurios dalis yra ir Vilniaus universiteto (VU) fizikai, buvo atrinkta kurti naujos kartos kvantinius simuliatorius. Pasitelkiant daugiakomponenčius labai šaltus atomus, bus kuriami itin gerai valdomi kvantiniai simuliatoriai – sistemos, skirtos sudėtingoms kvantinėms medžiagoms, kurias sunku modeliuoti įprastais kompiuteriais, kurti ir tirti.

Teorinės idėjos bus paverstos išmatuojamais rezultatais

„Kvantinės simuliacijos su daugiakomponenčiais labai šaltais atomais leidžia atkurti fizikinius reiškinius, kurie kitu atveju būtų sunkiai pasiekiami, o šiame projekte tai derinsime su pažangiausiais eksperimentais. Žymių Europos mokslininkų, eksperimentatorių ir teoretikų susivienijimas ne tik įgalina šios srities pažangą, tai svarbu ir Lietuvai – siekiant įtvirtinti šalies vietą bendroje kvantinių technologijų tyrimų veikloje. Kartu su projekto partneriais vystysime teorines idėjas ir jas paversime realiais, išmatuojamais rezultatais“, – sako VU išskirtinis profesorius Gediminas Juzeliūnas.

Kuriami kvantiniai simuliatoriai su labai šaltais atomais galės imituoti ir tirti kvantines medžiagas, kurių įprasti kompiuteriai modeliuoti negali. Šiomis sistemomis siekiama pasinaudoti kuriant geresnes, triukšmui atsparias kvantines technologijas ir itin tikslius jutiklius. 

Pasak VU mokslininkų, „QUASIMODO“ (angl. QUAntum SImulations with MulticOmponent ultracolD atOms) projekto tikslas – sukurti ir valdyti stipriai koreliuotas bei topologines kvantines fazes, naudojant daugiakomponenčius labai šaltus atomus, tokius kaip disprozis, kalis ir iterbis.

Kokius iššūkius siekia įveikti projektas

Šiandieniniai kvantiniai simuliatoriai susiduria su dekoherencija, kuri ardo kvantinėje informacijoje ir kvantiniuose skaičiavimuose svarbias supintas kvantines būsenas. Šių problemų sprendimas itin svarbus siekiant atverti kelią naujos kartos patikimoms kvantinėms technologijoms, įskaitant topologinius kvantinius kompiuterius ir naujovišką kvantinę metrologiją.

Tyrėjų komanda eina nauju keliu, derindama sintetines dimensijas, tamsiųjų būsenų inžineriją ir dinaminius kalibruotės laukus. „QUASIMODO“ projekto tyrimo kryptys keliais aspektais skiriasi nuo kitų konkuruojančių pasaulio projektų. Jame naudojami atomų sukiniuose užkoduoti sintetiniai matmenys, leidžiantys sukurti daug didesnius topologinių energijos juostų plyšius, taip pat tamsiųjų būsenų optinės gardelės, kuriose yra gerokai mažesni lazerio spinduliuotės sukelti nuostoliai. Komanda taip pat pristato supintomis būsenomis pagrįstus stebimuosius dydžius kaip visiškai naują diagnostikos įrankį, skirtą daugelio kūnų koreliacijoms tiesiogiai matuoti laboratorijoje.

Asmeninio archyvo nuotr.

VU indėlis – teorija ir našieji skaičiavimai

VU Teorinės fizikos ir astronomijos instituto mokslininkai projekte atsakingi už teoriją ir našiuosius skaičiavimus, skirtus labai šaltus atomus veikiantiems sintetiniams kalibruotės laukams ir sukinio suspaudimui. Kiekviena teorinė koncepcija bus išbandyta trijose skirtingose projekto partnerių eksperimentinėse platformose. Taip užtikrinama patikima kryžminė patikra ir mažinama mokslinė rizika.

VU komandai vadovauja prof. G. Juzeliūnas – Šaltųjų atomų ir kvantinės optikos grupės vadovas, vienas pirmųjų pasiūlęs realistiškas schemas dirbtinei sukinio ir orbitos sąveikai labai šaltuose atomuose sukurti, taip pat žinomas dėl fundamentalios reikšmės darbų apie dirbtinius magnetinius laukus šaltiesiems atomams ir lėtąją šviesą.

Konsorciumą vienija ilgametė partnerystė

„QUASIMODO“ konsorciumas vienija šešias mokslininkų komandas iš penkių šalių. Projekto koordinatorius – Konstanco universiteto (Vokietija) profesorius Odedas Zilberbergas, o partneriai – Maxo Plancko kvantinės optikos institutas (Vokietija), ICFO – Fotoninių mokslų institutas (Ispanija), Lenkijos mokslų akademijos Fizikos institutas (Lenkija) ir Kastlerio Broselio laboratorija (Prancūzija). 

„Labiausiai mane džiugina glaudus mūsų teorinių modelių ir pažangių eksperimentų integravimas, kuris pagaliau leis mums tiesiogiai išmatuoti sudėtingą kvantinį supynimą šiose sistemose. Įkvepia galimybė išplėsti kvantinės simuliacijos ribas ir žengti į sritis, kurios klasikinėms skaičiavimo sistemoms jau nebepasiekiamos“, – teigia prof. O. Zilberbergas.

Partnerystė remiasi sėkmingu ankstesniu bendradarbiavimu, įskaitant „QuantERA“ projektą DYNAMITE, DFG FOR5688 konsorciumą ir dvišalį Lietuvos ir Lenkijos projektą „Daina“. Pirmasis konsorciumo susitikimas – tarptautinis seminaras „Quantum Simulations with Multicomponent Ultracold Atoms“ – vyko 2026 m. birželio 4–6 d. Vilniuje. Jį organizavo VU mokslininkai.

Apie projektą ir „QuantERA“ kvietimą

Projekto pabaigoje sėkme būtų laikomas patvirtintas patikimų topologinių fazių, atsirandančio trupmeninimo (kai sužadinimai įgyja trupmeninius kvantinius skaičius) ir stipriai suspaustų sukinio būsenų, artėjančių prie fundamentalios Heizenbergo ribos kvantiniams jutikliams, demonstravimas – taip įtvirtinant daugiakomponenčius labai šaltus atomus kaip svarbią platformą patikimoms kvantinėms technologijoms kurti. 

Projekto trukmė – 36 mėnesiai, o bendras biudžetas siekia 1 377 011 eurų.

Europos kvantinių technologijų mokslinių tyrimų finansavimo tinklo „QuantERA“ kvietimas paskelbtas 2025 m. rugsėjį. Jį organizavo 34 mokslinius tyrimus finansuojančios organizacijos iš 29 šalių. Sulaukta rekordinio paraiškų skaičiaus (287), iš kurių nugalėtojais atrinkti 39 projektai – tai aiškiai iliustruoja gausybę naujų idėjų, kurias kvantinių tyrimų bendruomenė siekia ištirti stiprindama tarptautinį bendradarbiavimą.