量子躍遷：百量子位元模擬攻克難解物理學

「這項研究展示了量子運算在解決先前被認為無法解決的問題上的潛力，從而開啟了物理學的新領域。」 – 研究團隊

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#量子模擬的新紀元：超越傳統超算的極限

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摘要： 科學家們首次利用量子電腦模擬了標準模型中複雜的物理現象，這些現象的複雜程度已遠遠超出傳統超級電腦的處理能力。 這項突破性的進展，為我們理解宇宙中最具挑戰性的奧秘開闢了新的途徑。

想像一下，宇宙中最微小的粒子以光速碰撞，產生無數轉瞬即逝的相互作用。這些交互作用決定了我們所知的物質的本質，但要準確地模擬它們，卻需要超出當今最強大超級電腦能力的計算能力。傳統電腦使用位元（bits）來表示 0 或 1，而量子電腦則使用量子位元（qubits），它可以同時存在於 0 和 1 的疊加態。這種特性賦予了量子電腦解決複雜問題的獨特能力。

近期，一個研究團隊成功利用 IBM 的量子硬體，以超過 100 個量子位元模擬了核物理的關鍵特徵。這項成果代表著量子計算在核物理領域完成的最大規模數位量子模擬。它不僅驗證了量子計算的潛力，也為解決粒子物理學中懸而未決的問題，例如物質與反物質的不平衡，以及超新星中重元素的產生，提供了新的希望。

可擴展的量子電路：模擬粒子碰撞的藍圖

摘要： 該團隊開發了可擴展的量子電路，用於準備粒子碰撞的起始狀態，模擬粒子加速器中產生的碰撞，重點關注強交互作用。

為了模擬粒子碰撞，研究人員開發了可擴展的量子電路。他們首先使用傳統電腦設計了小系統的電路，然後將其擴展到量子計算。這個過程包括在量子電動力學的一維版本中創建真空態和強子。

「通過創建這些可擴展的電路，研究人員為模擬廣泛的高能物理現象鋪平了道路。」

這些電路可以模擬粒子加速器中發生的粒子碰撞，特別是涉及強相互作用的碰撞。強相互作用是將原子核中的質子和中子結合在一起的基本力。模擬這些相互作用對於理解原子核的結構和行為至關重要。傳統電腦難以處理涉及快速變化環境或極高密度物質的標準模型方程式，但量子模擬提供了一個克服這些限制的關鍵步驟。

量子硬體的突破：IBM 百量子位元系統的成功應用

摘要： 該模擬已在 IBM 的量子硬體上成功運行，利用超過 100 個量子位元來模擬核物理的關鍵特徵。

這項研究成功的關鍵在於使用了 IBM 的量子硬體。研究團隊在擁有超過 100 個量子位元的 IBM 量子電腦上成功運行了他們的模擬。這代表著量子計算能力的一個重要里程碑，展示了量子電腦有能力處理複雜的科學問題。透過在實際的量子硬體上驗證演算法，研究團隊證明了量子模擬在解決現實世界物理問題方面的可行性。

「這標誌著核物理領域有史以來完成的規模最大的數位量子模擬。」

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#開啟極端物理條件模擬的可能性

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摘要： 開發的可擴展量子演算法，為模擬粒子碰撞前的真空態、極高密度系統和強子束打開了大門。

傳統計算難以處理這些模擬，而量子計算實現了飛躍。這些演算法開啟了模擬先前我們無法觸及的物理系統的能力，從而對物質的本質產生新的見解。

量子模擬的未來：探索宇宙的奧秘

摘要： 基於這些電路的未來模擬，可以闡明物理學中的主要開放性問題，例如物質/反物質不平衡、超新星中重元素的產生以及物質在超高密度下的行為。

這項研究的意義不僅在於它解決了特定的物理問題，還在於它為未來的研究開闢了新的途徑。研究人員相信，基於這些電路的未來模擬可以闡明物理學中的主要開放性問題，例如：
* 物質/反物質不平衡： 為什麼宇宙中物質多於反物質？
* 超新星中重元素的產生： 超新星如何產生比鐵更重的元素？
* 物質在超高密度下的行為： 物質在黑洞或中子星等極端條件下的行為如何？

「這項研究的影響延伸到宇宙中最深刻的奧秘。」

這些問題都非常複雜，傳統計算方法難以解決。量子模擬有望為這些問題提供新的見解，幫助我們更深入地了解宇宙的本質。

跨領域的應用：材料科學的新契機

摘要： 開發的技術也可能適用於模擬其他複雜系統，包括具有異常量子特性的奇異材料。

用於模擬粒子物理的技術可以改編來研究具有新型量子行為的材料，從而可能在材料科學中取得突破。 這為超導體和量子計算硬體等領域開啟了機會。這突顯了這項進展的更廣泛影響，從粒子物理學跨越到凝聚態和材料應用。

總而言之，這項研究不僅僅是量子計算領域的一次技術演示，它也為我們打開了一扇探索宇宙奧秘的窗戶。台灣的學者與研究生可以關注此一領域的發展，並思考如何利用量子計算的力量來解決各自領域中的難題。要了解更多關於這項研究的細節，可以在科學期刊上搜尋相關論文。

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DOE/US Department of Energy. (2025, November 19). Quantum computers just
simulated physics too complex for supercomputers. ScienceDaily. Retrieved
November 19, 2025 from www.sciencedaily.com/releases/2025/11/251118220104.htm\n—\n Story Source:
Materials provided by DOE/US Department of Energy. Note: Content may be edited for style and length.