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量子计算机全尺度模拟二维量子场论

星夢妙者
发布： 2025-04-09 15:26:28
原创
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量子计算机全尺度模拟二维量子场论

奥地利因斯布鲁克大学和加拿大滑铁卢大学的研究团队在《自然·物理》期刊上发表论文，宣布他们首次利用新型量子计算机成功模拟了二维量子场论的全貌，为深入探索粒子物理学核心问题开辟了新的途径。

量子场论模拟之所以对量子计算构成巨大挑战，是因为需要精确捕捉粒子间相互作用的场，例如带电粒子间的电磁力。这些场具有方向性、强度和激发程度等特性，难以用传统的基于0和1的二进制计算方法有效处理。

此次研究的突破在于巧妙地结合了新研发的五态量子计算机（qudit）和相应的qudit算法。每个量子信息单元可以承载五种状态（而非仅两种），显著提升了信息存储和处理效率。研究人员指出，这种方法能够更自然地表征量子场，从而大幅提高计算精度。

早在2016年，因斯布鲁克大学的研究人员就已成功模拟了粒子-反粒子对的产生，但当时粒子只能在一维空间运动。而此次研究首次将粒子释放到二维空间，并成功观测到粒子间的磁场，实现了二维空间的量子模拟。

这项关于量子电动力学的研究仅仅是一个开端。研究人员表示，只需增加少量量子位，就能将目前的二维模型扩展到三维，从而研究强核力作用下质子和中子的行为。这对于理解原子核的稳定性和物质起源至关重要，其中蕴含着许多尚未解开的物理学谜团。

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