新量子算法模擬高能粒子碰撞過程

美國能源部伯克利國家實驗室（LBNL）一個研究組設計了先進的量子算法，並在現有有限規模的量子電腦硬件上成功模擬了「帕頓淋浴」（parton showers）的高能粒子對撞過程。

「帕頓淋浴」物理過程產生複雜的粒子，傳統電腦算法無法完全模擬。2 月10 日發表於《物理評論快報》（Physical Review Letters）的研究展示了這套新式的量子算法。

伯克利實驗室的物理研究員鮑爾（Christian Bauer）說：「我們實際上展示了可以通過有限的資源，在量子電腦上實現『帕頓淋浴』過程。一些在傳統電腦上無法描述的量子效應，我們可以在量子電腦上模擬。」

這份研究把量子和傳統電腦結合使用，只針對傳統電腦無法模擬的量子因素使用量子方案，仍然使用傳統電腦解決粒子碰撞的其它因素。鮑爾介紹說：「量子算法同時計算所有可能的結果，然後選擇一種，隨著數據量的增大和精確度的提升，我們的理論模型的精確度也要不斷增加，到了某個臨界點，量子效應的因素變得很重要。」

他們的量子算法考慮了「帕頓淋浴」可能出現的不同的碰撞過程和結果，考慮了包括粒子狀態、放射歷史、是否出現過輻射、產生的粒子總量等因素。

這份研究使用的是IBM 的QJohannesburg 量子晶片，具有20 個量子比特。現在的量子電腦硬件都處在雛形的階段。

鮑爾說，這項研究嘗試使用量子電腦模擬複雜的粒子碰撞過程，看起來效果不錯。

可是，要想讓量子電腦真正在模擬粒子碰撞領域展現出色的能力，還要等到真正大規模的量子電腦硬件的誕生。「但是在等待量子電腦硬件發展的同時，很重要的是，我們開始思考各種量子算法，為將來的應用做好準備。」鮑爾說，這種量子算法最終將在高能物理研究領域有著廣泛用途。◇

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