科學家首次用量子計算機模擬出粒子被創造過程

據英國《每日郵報》報道，眾所周知，我們所身處的這個宇宙是由若干基本粒子構成的，這是大自然得以存在的基礎。近代以來，量子物理學的發展向我們解釋了由 粒子和反粒子所組成的粒子對可以被憑空造出，但因受限於該轉化過程的複雜度之高，傳統的計算機一直無法成功模擬出這一過程。日前，科學家們在量子計算機的 幫助下，第一次成功模擬出了粒子和反粒子被同時創造出來的這一過程。

這一研究粒子間相互作用的新方法將深化我們對粒子物理學基本模型的理解，讓科學家們更好地去解釋宇宙起源的難題。

粒子物理學基本模型認為宇宙中的所有事物都是由最基本的單元構成，我們也稱它們為「基本粒子」。這些基本粒子受萬有引力、電磁相互作用力、弱相互作用力、強相互作用力這四種自然界基本力的支配。

而「規範理論」則向我們描繪了諸如夸克和膠子這些基本粒子之間的相互作用，這些理論為我們提供了理解宇宙間粒子相互作用發生過程的基本認知。

日前，來自奧地利因斯布魯克大學（University of Innsbruck）和奧地利科學院的量子光學與量子信息研究所（IQOQI）的一群科學家們首次在量子計算機的幫助下，模擬出了這些規範理論所描繪的粒子反應過程。

在這篇被發表在《自然》雜誌的文章中，研究者們解釋了他們是如何藉助四組電磁捕獲的鈣離子組成了量子計算機，並進行了更深入的粒子研究。

「諸如基本粒子間的碰撞，或是粒子和反粒子對的同時生成這樣的一些動態過程是極難被監測到的。並且，科學家在用傳統計算機去處理這些海量計算時，很快就遇到了瓶頸。正是在這樣的困境下，我們提出了用可編程的量子計算系統來模擬這些粒子的反應過程。」 IQOQI的理論物理學家Christine Muschik博士解釋道。

多年來，一些有趣的新概念被不斷地提出，但直到今天科學家們才真正具備了去驗證它們真實性的方法。

「在如今量子計算機的幫助下，我們探索出了一些在真空中模擬同時創造正負電子對這一過程的新方法。」 Christine Muschik博士繼續說道。

「每一組離子都代表著一組粒子和反粒子對。我們用激光脈衝在真空中模擬出了電磁場，進而觀測到了這些粒子對是如何在由電磁場產生出的量子漲落下，被創造出來的。通過觀察離子的熒光反應，我們看到了粒子和反粒子的產生過程，實現了對量子系統相關參數的修正，從而讓我們觀測和學習到了粒子被創造出來的這一動態過程。」

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