加拿大研究人員首次實(shí)現(xiàn)重子的量子模擬

由量子計(jì)算研究所 (IQC) 教員領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員在量子計(jì)算機(jī)上首次對(duì)重子(基本量子粒子)進(jìn)行了模擬。

憑借他們的結(jié)果，該團(tuán)隊(duì)朝著更復(fù)雜的量子模擬邁出了一步，這將使科學(xué)家能夠研究中子星，了解更多關(guān)于宇宙最早時(shí)刻的信息，并實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的革命性潛力。

“這是向前邁出的重要一步——這是有史以來(lái)第一次在量子計(jì)算機(jī)上模擬重子，”IQC 教員 Christine Muschik 說(shuō)。“而不是在加速器中粉碎粒子，量子計(jì)算機(jī)有朝一日可以讓我們模擬這些相互作用，我們用來(lái)研究宇宙的起源等等。”

Muschik 還是滑鐵盧大學(xué)的物理學(xué)和天文學(xué)教授和周界研究所的副教員，他領(lǐng)導(dǎo)著研究晶格規(guī)范理論的量子模擬的量子相互作用小組。這些理論是對(duì)現(xiàn)實(shí)物理學(xué)的描述，包括粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型。規(guī)范理論對(duì)場(chǎng)、力、粒子、空間維度和其他參數(shù)的包容性越強(qiáng)，它就越復(fù)雜——經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)建模也就越困難。

非阿貝爾規(guī)范理論是模擬特別有趣的候選者，因?yàn)樗鼈冐?fù)責(zé)我們所知道的物質(zhì)的穩(wěn)定性。經(jīng)典計(jì)算機(jī)可以模擬這些理論中描述的非阿貝爾物質(zhì)，但有一些重要情況——例如高密度物質(zhì)——是普通計(jì)算機(jī)無(wú)法訪問(wèn)的。雖然描述和模擬非阿貝爾物質(zhì)的能力是描述我們宇宙的基礎(chǔ)，但從來(lái)沒(méi)有在量子計(jì)算機(jī)上進(jìn)行過(guò)模擬。

與來(lái)自約克大學(xué)的 Randy Lewis 合作，Muschik 在 IQC 的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種資源高效的量子算法，使他們能夠在 IBM 的云量子計(jì)算機(jī)與經(jīng)典計(jì)算機(jī)配對(duì)的簡(jiǎn)單非阿貝爾規(guī)范理論中模擬系統(tǒng)。

通過(guò)這一具有里程碑意義的步驟，研究人員正在開(kāi)辟一條通往規(guī)范理論量子模擬的道路，其能力和資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了世界上最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)的能力和資源。

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