Исследователи из Пекинской академии квантовых информационных наук показали, что гипотеза Римана и квантовые системы связаны через наблюдаемые скачки физических состояний. Долгое время фундаментальные тайны простых чисел существовали лишь на бумаге, не допуская прямой экспериментальной проверки в лаборатории. Теперь физики перенесли нетривиальные нули знаменитой дзета-функции в реальную физическую среду, заставив квантовый процессор отслеживать их в динамике.
Как гипотеза Римана в квантовых системах превращается в физику
Гипотеза Римана в квантовых системах перестала быть умозрительным концептом и превратилась в измеряемый физический процесс. Сформулированная Бернхардом Риманом еще в 1859 году, эта задача остается главной нерешенной головоломкой теории чисел. Гипотеза утверждает, что все нетривиальные нули специальной дзета-функции лежат на одной прямой линии комплексной плоскости с реальной частью 1/2.
Понимание природы простых чисел имеет вполне приземленное значение. Простые числа работают невидимым фундаментом шифрования в банковских приложениях, смартфонах и защищенных мессенджерах. До сих пор математики пытались доказать гипотезу строгими формулами, а физики проверяли концепцию Гильберта — Пойи, предполагавшую существование гипотетического атома, чьи уровни энергии совпадали бы с нулями Римана. Однако найти такой атом в природе до сих пор никому не удавалось.
От статической энергии к динамическому времени
Новая квантовая технология работает за счет смещения фокуса со статической энергии на временную эволюцию кубитов. Вместо поиска несуществующего элемента физики заставили созданную систему эволюционировать во времени под управлением специально сконструированного гамильтониана. В определенные моменты временной шкалы квантовая система переживает динамический фазовый переход
Динамический квантовый фазовый переход аналогичен резкому кипению воды при достижении критической температуры в 100 градусов Цельсия. Вода нагревается постепенно, но в какой-то момент мгновенно меняет свое состояние, превращаясь в пар. В квантовом процессоре происходит похожее явление: кубиты лавинообразно меняют свои состояния. Эксперимент показал, что эти точки резких скачков амплитуды Лошмидта на шкале времени в точности соответствуют нетривиальным нулям дзета-функции.
Экспериментальная проверка на квантовом процессоре
Эксперимент на квантовом процессоре подтвердил, что скачки фазовых характеристик строго привязаны к математическим координатам. Исследователи создали две различные конфигурации многочастичных квантовых систем. В первой отслеживался средний накопленный фазовый фактор, а во второй — амплитуда Лошмидта.
Моделирование структуры дзета-функции на квантовом процессоре требует лишь полиномиальных ресурсов. Для аналогичных расчетов традиционному суперкомпьютеру потребовались бы экспоненциальные вычислительные мощности и тысячи лет работы. Физическая система буквально сама моделирует поведение комплексных нулей благодаря естественным законам квантовой механики.
Зачем физике решать проблемы математиков
Практическая ценность открытия заключается в создании нового квантового инструментария для исследования задач теории чисел. Лабораторный эксперимент не заменяет собой строгого математического доказательства. Физика опирается на измерения и опыт, тогда как математика требует абсолютной логической нерушимости.
Эмпирическое квантование математических моделей позволяет изучать абстрактные теоремы практическим путем. Подобно тому как бросание мяча позволяет проверить законы гравитации без ручного решения сложных дифференциальных уравнений, квантовые системы становятся экспериментальной лабораторией для чистой математики. Физики получили уникальный полигон для поиска аномалий в теории чисел, а квантовые процессоры подтвердили свою эффективность в решении задач фундаментальной науки.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Источник: The Riemann Hypothesis manifested in dynamical quantum phase transitions, Nature Communications, 2026
Читайте также: Квантовый поиск экзопланет поможет астрономам увидеть Землю 2.0