研究人员在104量子比特IBM量子处理器上模拟粒子碰撞

加州理工学院和华盛顿大学的研究人员开发出一种方法，使量子计算机能够更高效地为粒子碰撞模拟制备初始波包——与运动粒子相关的局域扰动。该方法发表于《自然·物理学》的一篇论文中。它被用于在一个包含104个量子比特的量子处理器上模拟粒子碰撞，量子比特是量子信息的基本单位。Phys.org于2026年10月7日报道了这项工作。

论文第一作者罗兰·C·法雷尔告诉Phys.org，团队希望预测粒子在大型强子对撞机（LHC）等对撞机中相撞后不久会发生什么。他说，这些碰撞中产生的粒子为理解自然规律提供了洞见。法雷尔表示，模拟此类碰撞通常被认为在经典计算机上难以处理，但据信在量子计算机上是高效的。

根据论文，这项研究的一个目标是实时观察一些碰撞粒子的能量转化为新产生粒子的质量。Phys.org报道称，这种转化是爱因斯坦方程E = mc²的直接体现，该方程将能量（E）与质量（m）联系起来，其中c是光速。法雷尔说，第一步是制备两个相向运动的高能粒子，即波包。他说，现有方法使这在当前硬件上不可行。

这些模拟基于一个名为一维伊辛场论的粒子相互作用简化模型。共同作者尼基塔·A·泽姆列夫斯基告诉Phys.org，在初始态制备完成后，通过施加近似哈密顿演化的量子门，使系统随时间演化。他说，粒子产生是通过测量碰撞后状态的性质来识别的，例如其能量密度。

据Phys.org报道，利用这种新方法，研究人员在IBM开发的量子计算机上模拟了两个含轻粒子的波包之间的碰撞。在低能下，碰撞没有产生新粒子，两个轻粒子彼此分开。