量子模拟器首次再现高能物理弦断裂过程

IT时代网

2026-9-24 12:38:24

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IT时代网9月24日消息，据科技日报报道，美国杜克大学研究团队利用13个囚禁离子组成的量子模拟器，再现了高能物理中的“弦断裂”过程，观测到与粒子—反粒子形成有关的动力学。相关研究23日发表于《自然·物理学》杂志。

在微观世界里，夸克是构成物质的基本粒子，但它们不会单独存在，而是被束缚在质子、中子等粒子内部。可以把两个夸克想象成两个被一根绷紧的“弦”连接起来的微小带电粒子，两个夸克越想被拉开，这根“弦”积累的能量就越多。如果继续拉开，积累的能量最终可能高到足以产生新的粒子，原本连接两个夸克的“弦”会“断裂”，在断裂处产生新的粒子，这一过程被称为“弦断裂”。

此次研究中，团队将描述弦断裂的理论模型转化为量子模拟程序，将其运行在由13个囚禁离子组成的系统中，利用激光束精确控制离子之间的相互作用，让离子系统中的能量变化模拟夸克之间“弦”的拉伸和断裂。团队让系统进入一种非平衡状态并连续观察其变化，观测到了与新粒子产生相对应的有效电荷，并据此重建出弦断裂的动力学过程。

团队还利用经典计算机进行了模拟，结果与量子模拟器的实验结果一致。随着未来模拟系统规模不断扩大，这类问题的计算量会迅速增长，经典计算机将越来越难以处理，而量子计算机有望展现优势。此前，谷歌和QuEra Computing领衔的研究团队已分别利用超导电路和中性原子量子平台模拟了类似的弦断裂过程，此次研究进一步表明囚禁离子量子平台也能用于模拟这类高能物理现象。