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2025-11-19 17:34:00
チームは、古典的なコンピューターを使用して小規模システムに必要な回路を決定することから始めました。これらの設計が知られると、回路のスケーラブルな構造を適用して、より大規模なシミュレーションを量子コンピューター上で直接構築しました。 IBM の量子ハードウェアを使用して、100 量子ビット以上で核物理学の主要な機能をシミュレートすることに成功しました。
高密度物理学のためのスケーラブルな量子手法
このようなシミュレーションは、物質と反物質の不均衡、超新星内部の重元素の生成、超高密度での物質の挙動など、物理学の主要な未解決の問題に光を当てる可能性がある。同じ技術は、異常な量子特性を持つエキゾチックな材料など、他の困難なシステムのモデル化にも役立つ可能性があります。
核物理学者はIBMの量子コンピューターを使用して、これまでに完了した最大規模のデジタル量子シミュレーションを実行しました。彼らの成功の一部は、対称性や長さスケールの違いなどの物理システムのパターンを特定したことにあり、これは局所的な相関を備えた状態を準備するスケーラブルな回路の設計に役立ちました。彼らは、量子電気力学の一次元バージョン内で真空状態とハドロンを準備することによって、このアルゴリズムの有効性を実証しました。
小規模モデルから大規模量子システムへの進歩
チームは、最初に古典的なコンピューティングツールを使用して小規模システムで回路コンポーネントをテストすることで回路コンポーネントを検証し、結果として生じる状態が体系的に改善できることを確認しました。その後、回路を拡張して 100 量子ビット以上を処理し、IBM の量子デバイス上で実行できるようにしました。これらのシミュレーションのデータを使用して、科学者はパーセントレベルの精度で真空の特性を抽出しました。
彼らはまた、この回路を使用してハドロンのパルスを生成し、それらのパルスが時間の経過とともにどのように進化するかをシミュレーションして、その伝播を追跡しました。これらの進歩は、量子コンピューターが古典的な機械の到達範囲をはるかに超えた極端な条件下で物質の完全な動的シミュレーションを実行できる未来を示しています。
この研究は、エネルギー省 (DOE) 科学局、核物理局、量子ホライゾンズ: QIS 核科学研究とイノベーション イニシアチブを通じた量子シミュレーション用 InQubator (IQuS)、および DOE およびワシントン大学国立量子情報科学研究センターである量子科学センター (QSC) からの支援を受けました。追加のコンピューティング リソースは、DOE 科学局ユーザー施設である Oak Ridge Leadership Computing Facility、およびワシントン大学の Hyak スーパーコンピューター システムによって提供されました。チームは、このプロジェクトで IBM Quantum サービスが使用されていることも認めています。
#量子コンピューターはスーパーコンピューターには複雑すぎる物理学をシミュレートしただけです