摘要：因斯布鲁克大学的实验团队与滑铁卢大学理论组合作，在《自然·物理》发表论文，宣布用新型量子计算机完成二维量子电动力学模拟。这项突破首次将粒子与力场的完整相互作用搬进量子计算机，为理解基本粒子打开新窗口。

因斯布鲁克大学的实验团队与滑铁卢大学理论组合作，在《自然·物理》发表论文，宣布用新型量子计算机完成二维量子电动力学模拟。这项突破首次将粒子与力场的完整相互作用搬进量子计算机，为理解基本粒子打开新窗口。

图释：一种新型量子计算机研究基本粒子的舞蹈。图片来源：Harald Ritsch

​传统量子计算机用0和1的量子比特，像黑白电视只能显示两种颜色。这次实验团队改用'量子位元'(qudit)——能同时呈现五种状态的量子载体，相当于升级成彩色电视。这种设计让磁场方向、强度等连续变化的物理量获得自然表达，计算效率提升两个量级。

实验模拟的二维空间里，电子与正电子在电磁场中诞生湮灭的全过程首次完整呈现。相比2016年该团队只能观察一维直线运动，这次突破捕捉到磁场环流这类二维特有现象。就像从看皮影戏升级到3D电影，研究者终于看见粒子如何在真实空间里舞蹈。

这项技术与IBM团队上月用四量子比特模拟宇宙膨胀中的粒子生成形成对照。IBM用噪声外推技术抵消误差，因斯布鲁克团队则通过量子载体革新提升精度。两条技术路线殊途同归，都指向量子模拟在基础物理研究中的独特价值。

中国量子计算机'本源悟空'在生物医药领域的应用，已展现量子计算解决实际问题的潜力。这次突破将战场扩展到基础物理，未来只需增加几个量子位元，就能模拟强核力这类困扰学界数十年的难题。当量子计算机能重构宇宙最初百万分之一秒的图景，人类对物质本质的理解或将迎来拐点。

该实验装置目前仅用五个量子位元，却已触及传统超级计算机的算力边界。就像伽利略的第一架望远镜，虽简陋却开辟新视界。随着量子比特数增加，三维量子色动力学模拟已进入视野，那将是揭开质子内部夸克禁闭之谜的关键战场。

参考文献：

Simulating two-dimensional lattice gauge theories on a qudit quantum computer, Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-02797-w

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来源：科学剃刀