基本粒子是物质的基本组成单元，它们的性质是由粒子物理学的标准模型所描述。2012年欧洲核子研究中心发现的希格斯玻色子进一步确认了标准模型。然而，这一理论的许多方面仍然没有完全理解，因为他们的复杂性使得很难用传统计算机研究他们。然而量子计算机却可以提供一种方法来克服这个障碍，因为他们可以在良好控制的量子系统中模拟粒子物理学的某些性质。

近日，奥地利物理学家在22日出版的《自然》杂志上撰文称，他们利用4个“量子比特”组成的量子计算机，实现了第一个高能物理实验的完整模拟。他们表示，进一步扩大设备规模有望执行更复杂的计算。

在最新研究中，位于真空中的电磁场让4个离子排成一行，每个离子编码为1个量子比特，组成了一台“菜鸟”量子计算机。研究人员用激光束操控离子的自旋，诱导离子执行逻辑运算。100多步计算后，科学家们成功对量子电动力学的一个简化版预测进行了证实：能量转化成物质，制造出一个电子和其反粒子（一个正电子）。

最新研究中的量子计算机仅有4个量子比特，但未来量子计算机的应用，可能需要数百个量子比特以及复杂的纠错代码。不过，实验物理学家埃斯特班·马丁内兹解释称，物理学模拟能容忍少量错误，30到40个量子比特或许就行。

他们希望未来能升级计算规模，以便能模拟强核力（让夸克依附在一起形成质子和中子并最终形成原子核）。因斯布鲁克大学理论物理学家克里斯汀·穆斯克称，这可能要数年时间来突破硬件和研发新的量子算法。麻省理工学院（MIT）的量子计算专家约翰·基亚韦里尼则称，如果不对实验进行显著修改，或很难扩大规模。

穆斯克已打算摒弃现有线性排列，使用离子的二维排列。扩大版的量子计算机有望解决多个问题，比如，帮助科学家理解两个原子核的高速碰撞以及中子星甚至中微子等。

为了准确理解理论预测，物理学家们一般会进行计算模拟，再将模拟结果同实验数据进行比较，以验证理论是否正确。但穆斯克表示，大多数这类计算很难用传统计算机模拟，在涉及强核力时尤其明显。

很多科学家认为，目前仍处于研发初级阶段的量子计算机未来能解决这一问题。与传统计算机只用0和1储存与处理数据不同，量子计算机的量子比特既可以是0和1，也可以是这两者的叠加状态。因此，理论上量子计算机的处理速度要远远大于传统计算机。

文章链接：

Esteban A. Martinez, Christine A. Muschik, Philipp Schindler, Daniel Nigg, 
Alexander Erhard, Markus Heyl, Philipp Hauke, Marcello Dalmonte, Thomas Monz, Peter Zoller & Rainer Blatt, "Real-time dynamics of lattice gauge theories with a few-qubit quantum computer,"  Nature 534, 516–519 (23 June 2016) doi:10.1038/nature18318

新闻链接：

Particle Zoo in a Quantum Computer

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