量子计算机全尺度模拟二维量子场论

据3月25日《自然·物理》报道，奥地利因斯布鲁克大学与加拿大滑铁卢大学的研究人员，首次利用新型量子计算机实现了二维量子场论的全尺度模拟，为探索粒子物理核心奥秘开辟了新路径。

量子场论模拟对量子计算机构成挑战的关键在于，研究人员需要捕捉代表粒子间力的场，如带电粒子间的电磁力。这些场可以指向不同方向，并具有不同的强度或激发程度。这些对象无法整齐地融入基于0和1的传统二进制计算范式中，而当今的经典计算机和量子计算机正是以此为基础的。

此次突破的关键在于，实现了新开发的qudit量子计算机和模拟基本粒子相互作用的qudit算法的结合。每个量子信息单元可承载五种状态（而非仅有0和1两种态），能高效地存储和处理信息。研究人员表示，他们能够利用该方法对量子场进行自然表征，从而大大提高了计算效率。

早在2016年，因斯布鲁克大学研究人员就已证明了粒子－反粒子对的产生，但该研究仅允许粒子沿一维路径运动。在新研究中，研究人员首次在二维空间中释放粒子，观测到了粒子之间的磁场，展示了二维空间量子模拟。

关于量子电动力学的新研究只是一个开始。研究人员表示，只需再添加几个量子位，就可将当前的结果扩展到三维模型，进而研究强核力作用下的质子、中子行为，这是揭示原子核稳定性与物质起源的关键，其中包含着物理学中许多尚待解开的谜团。