Forscher simulieren Teilchenkollisionen auf IBM-Quantenprozessor mit 104 Qubits

Forscher am California Institute of Technology und der University of Washington haben eine Methode entwickelt, mit der Quantencomputer die anfänglichen Wellenpakete – lokalisierte Störungen, die mit bewegten Teilchen verbunden sind – für Teilchenkollisionssimulationen effizienter vorbereiten können. Der Ansatz erschien in einem in Nature Physics veröffentlichten Artikel. Er wurde eingesetzt, um Teilchenkollisionen auf einem Quantenprozessor mit 104 Qubits zu simulieren, den grundlegenden Einheiten der Quanteninformation. Phys.org berichtete am 7. Oktober 2026 über die Arbeit.

Roland C. Farrell, Erstautor des Artikels, sagte gegenüber Phys.org, das Team wolle vorhersagen, was kurz nachdem Teilchen in Beschleunigern wie dem LHC zusammengestoßen sind, geschieht. Er sagte, die Teilchen, die aus diesen Kollisionen hervorgehen, lieferten Einblicke in die Naturgesetze. Farrell sagte, die Simulation solcher Kollisionen gelte auf einem klassischen Computer weithin als nicht durchführbar, auf einem Quantencomputer jedoch als effizient.

Ein Ziel der Studie war es, laut dem Artikel in Echtzeit die Umwandlung der Energie einiger kollidierender Teilchen in die Masse neu erzeugter Teilchen zu beobachten. Phys.org berichtete, dass diese Umwandlung ein direkter Ausdruck von Einsteins Gleichung E = mc² ist, die Energie (E) und Masse (m) verknüpft, wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist. Farrell sagte, der erste Schritt bestehe darin, zwei hochenergetische Teilchen bzw. Wellenpakete vorzubereiten, die sich aufeinander zubewegen. Er sagte, bestehende Ansätze machten dies auf aktueller Hardware undurchführbar.

Die Simulationen beruhten auf einem vereinfachten Modell der Teilchenwechselwirkungen namens eindimensionale Ising-Feldtheorie. Co-Autor Nikita A. Zemlevskiy sagte gegenüber Phys.org, nach der Vorbereitung des Anfangszustands werde das System durch Anwendung von Quantengattern zeitlich entwickelt, die die Hamilton-Entwicklung annähern. Er sagte, die Teilchenerzeugung werde durch Messung von Eigenschaften des Zustands nach der Kollision identifiziert, etwa seiner Energiedichte.

Mit dem neuen Ansatz simulierten die Forscher laut Phys.org auf einem von IBM entwickelten Quantencomputer eine Kollision zwischen zwei Wellenpaketen mit leichten Teilchen. Bei niedrigen Energien erzeugte die Kollision keine neuen Teilchen, und die beiden leichten Teilchen bewegten sich voneinander weg.