مکانیک کوانتومی نشان می دهد که فضاهای ظاهرا خالی مواد با ذرات شبح مانند که در داخل و خارج آن نوسان دارند پر شده است. و در حال حاضر، دانشمندان، برای اولین بار یک دستگاه پیشرفته ساخته اند که کامپیوتر شبیه سازی کوانتوم و یا به اصطلاح ذرات مجازی نامیده شده است.

محققان معتقدند، این تحقیق می تواند به روشن شدن جنبه های پنهان کنونی جهان، مانند دل ستاره های نوترونی و یا لحظات اول جهان بعد از انفجار بزرگ کمک زیادی بکند.

مکانیک کوانتومی نشان می دهد که در کوچکترین سطوح، عالم یک مکان سورئال فازی است. برای مثال اتم ها و ذرات می توانند در حالات شار بخصوصی وجود داشته باشند؛ جایی که هر چرخش در جهت مخالف به طور همزمان نشان داده می شود. این بدان معناست که ذرات می توانند بلافاصله بدون توجه به اینکه چگونه دور از هم جدا می شوند بر روی همدیگر تاثیر بگذارند. مکانیک کوانتومی همچنین نشان می دهد که جفت هایی از ذرات مجازی می توانند در داخل و خارج از خلا خالی به نظر برسند و بر روی محیط خود تاثیر بگذارند.

مکانیک کوانتومی نشان دهنده مدل استاندارد فیزیک ذرات است؛  که در حال حاضر بهترین راه برای توضیح رفتار ذرات بنیادی مانند الکترون و پروتون است. با این حال، هنوز هم سوالات بسیار زیادی در مورد مدل استاندارد فیزیک ذرات وجود دارد، مانند اینکه آیا این مدل می تواند به توضیح اسرار کیهانی مانند مواد و انرژی تاریک کمک کند یا نه.

فعل و انفعالات بین ذرات بنیادی اغلب توسط تئوری سنج توصیف می شود. با این حال، دینامیک زمان واقعی در تئوری سنج ها برای محاسبه توسط کامپیوترهای معمولی جز در ساده ترین موارد، بسیار دشوار است. در نتیجه دانشمندان شروع به دستگاههای تجربی با نام کامپیوترهای کوانتومی کرده اند.

Christine Muschik نویسنده این تحقیق که یک فیزیکدان نظری در موسسه اپتیک کوانتومی و اطلاعات کوانتومی در فرهنگستان علوم اتریش در اینسبروک است، خاطرنشان کرد که این کار اولین گام به سوی توسعه ابزار اختصاصی است و می تواند به ما برای درک بهتر فعل و انفعالات اساسی ترکیبات بنیادی در طبیعت کمک کند.

در حالی که کامپیوترهای کلاسیک داده ها را به صورت صفر و یک یا همان بیت نشان می دهند، کامپیوترهای کوانتومی از بیت های کوانتومی یا کیوبیت استفاده می کنند، که در زمان های مشابه روشن و خاموش می شوند. فعال بودن یک کیوبیت می تواند دو محاسبه را به طور همزمان انجام دهد. در اصل، کامپیوترهای کوانتومی بسیار سریع تر از کامپیوترهای معمولی مشکلات مشخص را حل می کنند، زیرا دستگاههای کوانتومی می توانند هر راه حل ممکن را به یکباره تجزیه و تحلیل کنند.

در مطالعه جدید، دانشمندان با استفاده از چهار یون کلسیم به دام انداخته شده الکترومغناطیسی موفق به ساخت یک کامپیوتر کوانتومی شدند. آنها این چهار کیوبیت را با استفاده از پالسهای لیزری را کنترل و دستکاری می کنند.

پژوهشگران کامپیوترهای کوانتومی را با ظاهر شدن و ناپدید شدن ذرات مجازی در خلا، با یک جفت کیوبیت به نمایندگی از جفت ذرات مجازی-  بخصوص الکترون و پوزیترون همتایان مثبت الکترون های شارژ شده- شبیه سازی کردن. به گفته دانشمندان، پالسهای لیزری به شبیه سازی میدان های الکترومغناطیسی قدرتمند در فضا که می توانند ذرات مجازی را تولید کنند، کمک زیادی می کند.

به دام انداختن یون در کامپیوترهای کوانتومی یکی از پیچیده ترین آزمایشاتی است که تا به حال انجام شده است.

این کار نشان می دهد که رایانه های کوانتومی می توانند فیزیک های با انرژی بالا را شبیه سازی کنند، و نشان می دهد که رفتار ذرات در سطوح انرژی بسیار بالا برای تولید راحت بر روی زمین چگونه است. زمینه محاسبات کوانتومی بسیار سریع در حال رشد است و سوال بسیاری از مردم این است که کوچکترین مقیاس مناسب برای کامپیوترهای کوانتومی چقدر است؟ برخلاف دیگر برنامه ها، برای انجام این شبیه سازی نیاز به میلیون های بیت کوانتومی ندارید؛ تنها دهها بیت کافی است.

در اصل، دسکتاپ های شبیه سازی کوانتومی می تواند به مدل سازی این نوع از فیزیک با انرژی بالا که در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفت کمک زیادی کند.

در پایان باید گفت که می توان فرایندهای جدیدی را با استفاده از شبیه سازی کوانتومی مطالعه کرد و شبیه سازی کوانتومی می تواند به محققان کمک کند ساختارهای دینامیک مانند ستارگان مرده یا نوترونی را شبیه سازی و یا بررسی کنند.