核物理学者たちは、IBM量子コンピュータを使用してこれまでで最大規模のデジタル量子シミュレーションを成功させ、基礎物理学のシミュレーションのための初期状態を準備するスケーラブルな量子回路を実証しました。ワシントン大学の量子シミュレーションインキュベーター(IQuS)の科学者たちが主導したこの研究は、素粒子物理学の標準模型における複雑な問題を解決するために量子コンピューティングを使用する上での重要な課題に取り組んでいます。
この手法は、長さスケールにおける対称性と階層性を活用して、量子電磁力学内の1次元空間において、量子真空やハドロンなどの局所的相関を持つ状態を準備するためのスケーラブルな量子回路を作成します。研究者たちはまず、古典コンピュータを使用して小規模システムに必要な回路を決定し、その後、これらの回路をIBMの量子コンピュータ上で100キュービット以上のシステムにスケールアップしました。
この成果は、古典コンピューティングだけでは対応できない極限条件下の物質の動的シミュレーションを最終的に実行するための有望な方法を提供します。期待される応用例には、粒子衝突前の真空のシミュレーション、非常に高密度のシステム、物質と反物質の不均衡の問題や超新星が重元素を生成する仕組みへの洞察の提供などが含まれます。
この研究は、エネルギー省(DOE)科学局、量子科学センター(QSC)(DOE国立量子情報科学研究センター)の支援を受け、IBM量子サービスを活用しました。結果は、PRX QuantumとPhysical Review Dの2つの論文に掲載されました。
DOE科学局からの完全な発表はこちらからご覧いただけます。
2025年11月23日
