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科学家首次在量子计算机上实现重子模拟!向了解宇宙起源迈出重要一步

Chloe Ma

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 由量子计算研究所(IQC)领导的一个研究小组首次在量子计算机上进行了重子的模拟。通过这一成果,该团队向更复杂的量子模拟迈出了一步,这将使科学家们能够更深入地研究中子星,更多地了解宇宙的最早时刻,并实现量子计算机的革命性潜力。

“这是向前迈出的重要一步——它是有史以来第一次在量子计算机上模拟重子,”IQC的一名教员Christine Muschik说。他还是滑铁卢大学的物理学和天文学教授以及周边研究所的副教员,Muschik领导着量子互动小组,研究格子规整理论的量子模拟。这些理论是对现实物理学的描述,包括粒子物理学的标准模型。一个规整理论对场、力、粒子、空间维度和其他参数的包容性越强,它就越复杂,相对地也就越难建模。

非阿贝尔规整理论(Non-Abelian gauge theories)是特别有趣的模拟对象,因为它们对我们所知的物质的稳定性负有责任。经典计算机可以模拟这些理论中所描述的非阿贝尔物质,但是有些重要的情况,例如具有高密度的物质,是普通的传统计算机所无法实现的。虽然描述和模拟非阿贝尔物质的能力是能够描述我们的宇宙的基础,但没有任何一种物质在量子计算机上被模拟过。

与约克大学的兰迪·刘易斯(Randy Lewis)合作,Muschik在IQC的团队开发了一种资源效率高的量子算法,使他们能够在IBM的云量子计算机与经典计算机配对的情况下模拟一个简单的非阿贝尔规整理论的系统。

通过这一具有里程碑意义的步骤,研究人员正在开辟一条对规整理论进行量子模拟的道路,甚至远远超出世界上最强大的超级计算机的能力和资源。

IQC和滑铁卢大学物理和天文学系的博士后张静蕾(音译)说:“这些结果让我们兴奋的是,我们可以做出更加复杂的理论假设,在更高的密度下模拟物质,这超出了经典计算机的能力。”

随着科学家们开发出更强大的量子计算机和量子算法,他们将能够模拟这些更复杂的非阿贝尔规整理论的物理学,并研究我们最好的超级计算机所不能达到的迷人现象。

这一突破性展示是迈向基于量子模拟理解宇宙的新时代的重要一步。

这篇题为 "SU(2) hadrons on a quantum computer via a variational approach"的论文发表在《自然通讯》上。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文

https://www.nature.com/articles/s41467-021-26825-4


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