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科学家首次用量子计算机模拟出能量产生物质的过程

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据英国《每日邮报》报道,众所周知,我们所身处的这个宇宙是由若干基本粒子构成的,这是大自然得以存在的基础。

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近代以来,量子物理学的发展向我们解释了由粒子和反粒子所组成的粒子对可以被凭空造出,但因受限于该转化过程的复杂度之高,传统的计算机一直无法成功模拟出这一过程。日前,科学家们在量子计算机的帮助下,第一次成功模拟出了粒子和反粒子被同时创造出来的这一过程。

这一研究粒子间相互作用的新方法将深化我们对粒子物理学基本模型的理解,让科学家们更好地去解释宇宙起源的难题。

粒子物理学基本模型认为宇宙中的所有事物都是由最基本的单元构成,我们也称它们为“基本粒子”。

这些基本粒子受万有引力、电磁相互作用力、弱相互作用力、强相互作用力这四种自然界基本力的支配。

而“规范理论”则向我们描绘了诸如夸克和胶子这些基本粒子之间的相互作用,这些理论为我们提供了理解宇宙间粒子相互作用发生过程的基本认知。
日前,来自奥地利因斯布鲁克大学(University of Innsbruck)和奥地利科学院的量子光学与量子信息研究所(IQOQI)的一群科学家们首次在量子计算机的帮助下,模拟出了这些规范理论所描绘的粒子反应过程。

“诸如基本粒子间的碰撞,或是粒子和反粒子对的同时生成这样的一些动态过程是极难被监测到的。并且,科学家在用传统计算机去处理这些海量计算时,很快就遇到了瓶颈。正是在这样的困境下,我们提出了用可编程的量子计算系统来仿真这些粒子的反应过程。” IQOQI的理论物理学家Christine Muschik博士解释道。

多年来,一些有趣的新概念被不断地提出,但直到今天科学家们才真正具备了去验证它们真实性的方法。

“在如今量子计算机的帮助下,我们探索出了一些在真空中模拟同时创造正负电子对这一过程的新方法。” Christine Muschik博士继续说道。

“每一组离子都代表着一组粒子和反粒子对。我们用激光脉冲在真空中模拟出了电磁场,进而观测到了这些粒子对是如何在由电磁场产生出的量子涨落下,被创造出来的。通过观察离子的荧光反应,我们看到了粒子和反粒子的产生过程,实现了对量子系统相关参数的修正,从而让我们观测和学习到了粒子被创造出来的这一动态过程。”

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