2026年10月13日——三位佛罗里达州立大学理论物理学家参与了一项重大国家计划，该计划探索量子计算如何帮助回答高能物理中的基本问题。Robert O. Lawton杰出物理学教授Laura Reina、物理学教授Fernando Febres Cordero和研究教职人员Herschel Chawdhry均来自物理系，他们将领导美国能源部科学办公室高能物理项目下总额730万美元的“Quantum Outposts in Fundamental Physics”计划资助的八个项目之一。

他们的项目“Seeking Quantum Advantage in High-Energy QCD”已获得755,000美元，旨在将量子计算应用于高能物理理论预测，并识别粒子物理对撞机实验中出现的罕见物理现象。

“多年来，Reina博士和Febres Cordero博士一直是理论高能物理领域的一支强队，而他们的新队友Chawdhry博士将使该团队未来的发现潜力成倍增加，”物理系主任Paul Cottle说。“他们新获得的美国能源部资助将把高能物理与量子计算连接起来，并表明他们在物理学领域持续的引领地位。”

作为理论物理学家，该团队旨在通过研究粒子碰撞分析并为大型强子对撞机提供预测，从基本层面理解宇宙。大型强子对撞机是世界上最大、最强大的粒子加速器，由位于日内瓦附近的欧洲核子研究组织（CERN）运营。他们的许多研究提高了基于粒子物理学标准模型的LHC计算的精度，该模型解释了自然界的基本力如何支配粒子相互作用。

“我们的工作有助于充分利用LHC实验中收集的数据，我们始终寻求使用最好的技术和算法来提取所需信息，以检验标准模型，并可能识别其之外新物理的信号，”该研究的首席研究员Febres Cordero说。“现在，基于Herschel在之前一篇论文中的发现，我们正在探索量子计算机能在经典计算机已有贡献之外为这项工作带来什么。”

Chawdhry之前的一篇论文显示出一些迹象：量子计算机有潜力比传统计算机乃至超级计算机提供更精确的理论预测，或完成更复杂的计算——由于它是量子系统，它能够利用模式，或使用独特的量子规则以快得多的速度解决问题或执行任务，而这些在标准数值计算中无法得到利用。

“我们的想法是，我们将能够更快地完成同样的计算，扩展计算所及范围，并有望甚至开辟出一整类全新的过程供我们研究，”Chawdhry说。“这样做将通过提高我们探测微小差异的能力，提升我们对新物理的灵敏度，从而最大化我们未来发现标准模型之外新物理的机会。”

拓展量子计算

为了探索量子计算如何扩展理论能力，该团队正在将这项技术应用于量子色动力学（QCD）——这一理论解释了将夸克和胶子束缚在质子及其他粒子内部的相互作用。LHC是质子-质子对撞机，这意味着强力对LHC测量有重大影响。然而，该团队正在开发的技术可能不仅适用于QCD，还可能在其他量子场论中具有潜在应用。

“我们正在进行的一些计算规模相当大，常常达到当前计算能力的极限，”Reina说。“我们在量子计算和量子信息领域看到的这场革命自然引出了一个问题：我们能否利用量子计算来探索如何让我们的理论预测和计算更加高效和精确。”

除了与FSU Initiative in Quantum Science and Engineering保持一致外，该项目还助力多项美国国家优先事项，包括Genesis Mission中的Quantum Genesis Initiative，该计划旨在到2028年为美国提供具有科学相关性的量子计算。

“我非常高兴美国能源部表示相信，我们迄今所做以及未来将开展的研究正在为这个快速发展的领域做出贡献，”Chawdhry说。“这也让我们团队有机会为美国的劳动力需求做出贡献，因为美国希望在量子信息科学领域扩展，而由于数十年的基础物理研究，FSU在这一领域拥有长期的专业积累。”