研究者ら、104量子ビットのIBM量子プロセッサーで粒子衝突をシミュレーション

カリフォルニア工科大学とワシントン大学の研究者らは、量子コンピューターが粒子衝突シミュレーション用の初期波束——移動する粒子に関連する局在した乱れ——をより効率的に準備できるようにする手法を開発した。この手法は、ネイチャー・フィジックスに掲載された論文に登場した。量子情報の基本単位である104量子ビットを備えた量子プロセッサー上で粒子衝突をシミュレーションするために用いられた。Phys.orgは2026年10月7日にこの研究を報じた。

論文の筆頭著者であるローランド・C・ファレル氏はPhys.orgに対し、チームはLHCのような衝突型加速器で粒子を衝突させた直後に何が起きるかを予測したいと語った。同氏は、こうした衝突から現れる粒子が自然法則への洞察をもたらすと述べた。ファレル氏は、このような衝突のシミュレーションは古典的コンピューターでは計算困難と広く考えられているが、量子コンピューターでは効率的に行えると信じられていると述べた。

論文によると、この研究の目的の一つは、衝突する一部の粒子のエネルギーが新たに生成された粒子の質量へ変換される様子をリアルタイムで観測することだった。Phys.orgは、この変換は、エネルギー（E）と質量（m）を結び付け、cを光速とするアインシュタインの方程式E = mc²の直接的な現れだと報じた。ファレル氏は、最初の段階は互いに向かって進む2つの高エネルギー粒子、すなわち波束を準備することだと述べた。同氏は、既存の手法では現在のハードウェア上でこれを実行不可能にしていたと述べた。

シミュレーションは、一次元イジング場理論と呼ばれる粒子相互作用の単純化されたモデルに基づいていた。共著者のニキータ・A・ゼムレフスキー氏はPhys.orgに対し、初期状態を準備した後、系はハミルトニアン時間発展を近似する量子ゲートを適用することで時間発展させられると述べた。同氏は、粒子生成は衝突後の状態のエネルギー密度などの性質を測定することで特定されると述べた。

Phys.orgによると、研究者らはこの新しい手法を用いて、IBMが開発した量子コンピューター上で、軽い粒子を伴う2つの波束間の衝突をシミュレーションした。低エネルギーでは、その衝突で新たな粒子は生成されず、2つの軽い粒子は離れていった。