由量子計算研究所（IQC）領導的一個研究小組首次在量子計算機上進行了重子的模擬。通過這一成果，該團隊向更復雜的量子模擬邁出了一步，這將使科學家們能夠更深入地研究中子星，更多地了解宇宙的最早時刻，并實現量子計算機的革命性潛力。

“這是向前邁出的重要一步——它是有史以來第一次在量子計算機上模擬重子，”IQC的一名教員Christine Muschik說。他還是滑鐵盧大學的物理學和天文學教授以及周邊研究所的副教員，Muschik領導著量子互動小組，研究格子規整理論的量子模擬。這些理論是對現實物理學的描述，包括粒子物理學的標準模型。一個規整理論對場、力、粒子、空間維度和其他參數的包容性越強，它就越復雜，相對地也就越難建模。

非阿貝爾規整理論（Non-Abelian gauge theories）是特別有趣的模擬對象，因為它們對我們所知的物質的穩定性負有責任。經典計算機可以模擬這些理論中所描述的非阿貝爾物質，但是有些重要的情況，例如具有高密度的物質，是普通的傳統計算機所無法實現的。雖然描述和模擬非阿貝爾物質的能力是能夠描述我們的宇宙的基礎，但沒有任何一種物質在量子計算機上被模擬過。

與約克大學的蘭迪·劉易斯（Randy Lewis）合作，Muschik在IQC的團隊開發了一種資源效率高的量子算法，使他們能夠在IBM的云量子計算機與經典計算機配對的情況下模擬一個簡單的非阿貝爾規整理論的系統。

通過這一具有里程碑意義的步驟，研究人員正在開辟一條對規整理論進行量子模擬的道路，甚至遠遠超出世界上最強大的超級計算機的能力和資源。

IQC和滑鐵盧大學物理和天文學系的博士后張靜蕾（音譯）說：“這些結果讓我們興奮的是，我們可以做出更加復雜的理論假設，在更高的密度下模擬物質，這超出了經典計算機的能力。”

隨著科學家們開發出更強大的量子計算機和量子算法，他們將能夠模擬這些更復雜的非阿貝爾規整理論的物理學，并研究我們最好的超級計算機所不能達到的迷人現象。

這一突破性展示是邁向基于量子模擬理解宇宙的新時代的重要一步。

這篇題為 "SU(2) hadrons on a quantum computer via a variational approach"的論文發表在《自然通訊》上。

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論文原文

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

標簽： 量子計算 重子 宇宙起源