粒子物理学的标准模型代表了关于宇宙中基本粒子或亚原子粒子和力的最全面的理论。该模型描述了物质和反物质如何通过基本力相互作用，比如，将带电粒子结合在一起的电磁力。由于高能，对这些相互作用的实验观察一直具有挑战性 …

粒子物理学的标准模型代表了关于宇宙中基本粒子或亚原子粒子和力的最全面的理论。

该模型描述了物质和反物质如何通过基本力相互作用，比如将带电粒子结合在一起的电磁力。

由于创造条件所需的高能量，对这些相互作用的实验观察一直具有挑战性。因此，科学家们求助于计算机模拟来研究描述亚原子粒子行为的量子场论。

现在，研究人员已经开发出一种使用量子计算的新方法来解决当前技术在处理复杂任务时面临的挑战。

由因斯布鲁克大学和滑铁卢大学的研究人员领导的这项研究使用了“量子位”的概念，这是量子位的扩展，但能够存储更多的信息。

Qudits：量子比特的扩展

在大多数量子计算机中，信息存储在量子比特中，量子比特相当于经典计算中使用的比特。

虽然经典比特可以处于零或一状态，但量子位使用叠加-一种量子现象，使它们同时存在于两种状态（想想薛定谔的猫）。

它们还利用了其他量子效应，如纠缠，使它们能够以指数级的速度处理比经典比特更多的信息。

研究人员将这个概念扩展到量子，量子可以存在于三个或更多状态的叠加中。在这项工作中，研究人员使用了量子位，它可以同时存在于五种状态的叠加中，而一个量子位只能同时存在两种状态。

这使得研究人员能够更准确地表示量子场的多维性质，为研究基础物理学开辟了新的可能性。

将滑铁卢大学开发的专门Qudit算法与因斯布鲁克大学开发的硬件相结合，研究人员开发了一个框架，用于模拟亚原子粒子及其相互作用，特别是那些涉及电磁场-量子电动力学的粒子。

扩展到二维空间

目前的工作是他们2016年研究的直接延伸，该研究小组使用量子计算机研究了真空中电子-正电子对的自发产生。

他们研究了在粒子对撞机中无法研究的现象，比如在粒子对形成过程中产生的粒子纠缠。

然而，其局限性在于粒子只能在一个维度上运动，即沿直线运动。目前的研究克服了这一问题，利用量子点使研究人员能够在二维空间中研究粒子动力学。

利用这种新的量子计算方法，研究人员成功地观察到了二维量子电动力学的基本特征。

换句话说，他们观察了带电粒子之间的二维电磁相互作用。不仅如此，他们还观察到了粒子在二维空间运动时产生的磁场。

这是迈向量子模拟的重要一步，量子模拟可以代表我们三维世界中基本相互作用的物理学。

研究人员认为，使用一些额外的量子可以让我们研究将原子核聚集在一起的强核力。

来自因斯布鲁克大学的合著者Martin Ringbauer在一份新闻稿中说：“我们对量子计算机为研究这些迷人问题做出贡献的潜力感到兴奋。”

这项研究发表在《自然物理学》杂志上。

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