科学家研制量子计算机模仿鬼魂粒子：再现宇宙初始情景

2016-06-30 6:31:30 暂无评论投桃报李网络信息 834

奥地利科学家应用一台量子计算机模仿真空中基本粒子对的形成进程。

　　新浪科技讯北京时间6月29日消息，据国外媒体报道，量子力学以为，在看似空空荡荡的宇宙真空区中，其实充满了无数幽灵般的粒子，它们在存在与不存在两种状况之间反复变化。近日，奥地利科学院科学家首次应用量子计算机模仿出这些所谓的虚构粒子。研究人员以为，这一结果将有助于科学家探索宇宙之谜，从中子星的内核到宇宙大爆炸后最初情景。

　　量子力学标明，在微观层面宇宙是一个模糊的、超现实世界。好比，原子和其它粒子能够以一种“叠加”状况存在，它们看起来能够同时以相反的方向高速旋转，而且它们还能够互相纠缠，即无论它们之间距离有多么远都能够互相影响。量子力学还以为，虚构粒子对包括一个粒子和一个反粒子，它们能够在看似真空区忽隐忽现，并会影响周围的环境。

　　量子力学是现代粒子物理学标准模型的基础，而标准模型能够用来解释所有已知基本粒子的行动，好比电子、质子等。然而，还有许多未解之谜标准模型仍然无法解释，好比暗物质、暗能量等，因为所有这些天文学家都无法直接探测到，然而能够根据它们的引力效应进行合理推测。基本粒子之间的相互作用通常能够用所谓的“标准理论”来进行描述。然而，传统计算机的计算能力根本无法用于模仿“标准理论”所提出的粒子实时动态。因此，科学家开始考虑采取量子计算机。

　　奥地利科学院量子光学与量子信息研究所理论物理学家克里斯廷-穆斯奇克先容说，“我们采取量子计算机将有助于更好地理解自然界基本组成部分之间的相互作用。”传统的计算机采取“0”与“1”二进制信息单位来代表数据，即比特，而量子计算机则采取量子比特。量子比特也是处于叠加状况，因此一个量子比特能够同时运行两项计算。从理论上讲，在处理某些特定问题时，量子计算机比传统计算机要快得多，因为量子计算机能够同时剖析每一种可能的处理方案。

　　科学家采取四种电磁束缚钙离子研制了一台量子计算机，然后再通过激光脉冲操控这四个量子比特。他们应用这台量子计算机模仿真空中虚构粒子的忽隐忽现行动，其中每一个量子比特对代表一个虚构粒子对，特别是指电子与正电子。研究人员先容说，激光脉冲主要是用来模仿真空中强大的电磁场是如何生成虚构粒子的。奥地利科学院量子光学与量子信息研究所物理学家莱纳尔-布拉特先容说，“这是束缚离子量子计算机所执行的最复杂实验之一。”

　　实验标明，量子计算机能够模仿高能物理现象，从而呈现在地球环境中难以形成的高能状况下粒子的行动。研究团队成员、奥地利因斯布鲁克大学物理学家伊斯特班-马丁内斯以为，“实验量子计算机技术开展很快，很多人还搞不清楚，一台小型量子计算机究竟能起什么作用。与其它方面的应用不同，你不需要数百万的量子比特来完成这些模仿工作，十来个足以处理传统方式无法处理的问题。”科学家们采取量子模仿器所剖析的问题非常简单，传统的计算机也能够计算出结果。但实验结果标明，量子模仿器的剖析结果与预测的结果高度一致，精确度非常高。这标明，未来量子模仿器不仅仅能够用来处理“标准理论”中更加复杂的问题，甚至还能够取得新的发现结果。

　　穆斯奇克表示，“我们的实验是未来开展下一代量子模仿器这一长期目标的第一步。”从理论上讲，桌面量子模仿器将有助于模仿超高能物理学现象，如今这些任务都依靠非常昂贵的粒子加速器来完成的，好比大型强子对撞机。研究团队成员、奥地利科学院量子光学与量子信息研究所物理学家彼得-佐勒以为，“这两种技术能够实现完美互补。我们不能替代现有的粒子加速器的角色，然而通过开展量子模仿器，我们能够更好地理解粒子加速器的实验结果。”

　　布拉特表示，“此外，我们还能够应用量子模仿器来研究新的领域，好比研究粒子对形成进程中的粒子纠缠问题，这在粒子加速器中是不可能实现的。”穆斯奇克以为，“最终，量子模仿器还能够帮助科学家模仿中子星内部动态，或研究早期宇宙高能状况下的相关问题。”

　　科学家们的研究结果发表于《自然》期刊之上。(彬彬)

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致儒先生