科學界重大突破：科學家運用量子電腦模擬物質的極端狀態

華盛頓大學與勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的研究團隊，近期在量子模擬領域取得了里程碑式的進展。他們成功利用 IBM 量子電腦的強大運算能力，推動了量子技術在解決基礎物理學難題上的實際應用，標誌著一個關鍵的轉捩點。

這次突破的核心，在於成功設計並部署了可擴展的量子電路。這些電路使得研究人員能夠為模擬粒子碰撞的初始狀態進行準備，特別是聚焦於標準模型所描述的強交互作用力。一個重要的指標是，他們成功在 IBM 的量子處理器上，利用超過 100 個量子位元，重現了核物理學的基本特徵。這證明了量子計算的必要性，因為在處理高動態或極端密度條件下控制粒子交互作用的方程式時，傳統的超級電腦面臨著難以逾越的計算瓶頸。

成功運用超過 100 個量子位元進行模擬，有力地證實了研究團隊有能力克服準備複雜初始狀態的技術障礙，這在過去一直是量子模擬中的一大難題。研究人員首次為一種與粒子加速器碰撞後產生的初始狀態相媲美的量子狀態，建立了可擴展的電路架構。這對於未來進行更精確的動態模擬至關重要。

量子演算法為深入研究碰撞前的真空狀態以及探討極高密度系統開闢了新的途徑。該團隊利用這些模擬結果，以精確到百分之一的準確度確定了真空的性質，並成功生成了強子脈衝，隨後追蹤了它們隨時間的演變過程。除了核物理學之外，這項技術的潛在應用範圍極廣，涵蓋了材料科學和醫學等前沿領域。

這項在 IBM 設備上完成的、涉及超過 100 個量子位元的成功模擬，旨在探討標準模型下的強交互作用，是將新興量子技術應用於基礎科學挑戰的實質性飛躍。這項研究，其中包含了華盛頓大學的 IQuS（量子模擬孵化器）等機構的參與，堅實地證明了基於可擴展電路的方法在模擬物質的奇特狀態方面具有強大的可行性。

總體而言，這次的成果不僅是技術上的勝利，更是科學界向著利用量子計算解決人類面臨的最複雜物理問題邁出的堅實一步。它為未來在極端條件下探索物質本質提供了前所未有的工具，預示著科學研究的新紀元即將到來。