夸克等亚原子粒子可通过力场的“弦”相互联结,当这些弦被拉伸至断裂时会释放能量。近期,两支国际研究团队利用量子计算机成功模拟了这一现象,并实时观测其动态过程。相关成果发表于《自然》(Nature)期刊,标志着量子计算机在超越经典计算机的复杂模拟领域取得重要进展。
美国劳伦斯伯克利国家实验室的物理学家指出,弦断裂是粒子物理中尚未完全理解的关键过程。经典计算机虽能计算粒子碰撞的最终结果,但无法完整模拟中间动态。此次量子模拟的实现为此提供了新途径。
实验中,一支团队使用美国初创公司QuEra的Aquila量子处理器,将信息编码在二维蜂窝结构排列的原子上,通过光学镊子固定原子状态以模拟电场;另一支团队则通过Google量子人工智能实验室的Sycamore芯片,以超导环编码量子场。两者分别采用“类比量子模拟”和“数字量子模拟”策略:前者依赖原子间静电作用自主演化,后者通过离散操作手动调控。
模拟结果显示,场中的弦结构可呈现刚性、振动或断裂等状态,甚至出现粒子解束缚现象。尽管该成果对材料物理研究具有潜在价值,但相比粒子对撞机中三维高能相互作用(涉及强核力)的完整模拟仍存在差距。专家坦言,目前尚未找到实现高能物理全模拟的技术路径。