量子計算機全尺度模擬二維量子場論

科技日報北京3月26日電 （記者張佳欣）據25日《自然·物理》報道，奧地利因斯布魯克大學與加拿大滑鐵盧大學的研究人員，首次利用新型量子計算機實現了二維量子場論的全尺度模擬，為探索粒子物理核心奧秘開闢了新路徑。

量子場論模擬對量子計算機構成挑戰的關鍵在於，研究人員需要捕捉代表粒子間力的場，如帶電粒子間的電磁力。這些場可以指向不同方向，並具有不同的強度或激發程度。這些對象無法整齊地融入基於0和1的傳統二進制計算範式中，而當今的經典計算機和量子計算機正是以此為基礎的。

此次突破的關鍵在於，實現了新開發的qudit量子計算機和模擬基本粒子相互作用的qudit算法的結合。每個量子信息單元可承載五種狀態（而非僅有0和1兩種態），能高效地存儲和處理信息。研究人員表示，他們能夠利用該方法對量子場進行自然表徵，從而大大提高了計算效率。

早在2016年，因斯布魯克大學研究人員就已證明了粒子－反粒子對的產生，但該研究僅允許粒子沿一維路徑運動。在新研究中，研究人員首次在二維空間中釋放粒子，觀測到了粒子之間的磁場，展示了二維空間量子模擬。

關於量子電動力學的新研究只是一個開始。研究人員表示，只需再添加幾個量子位，就可將當前的結果擴展到三維模型，進而研究強核力作用下的質子、中子行為，這是揭示原子核穩定性與物質起源的關鍵，其中包含着物理學中許多尚待解開的謎團。