在量子计算机上观测晶格规范理论中的强子散射
散射实验是高能物理(HEP)研究的核心手段,通过将物质分解为基本组分、探究其形成机制,从而深刻揭示自然界的内在规律。当前量子计算机正被大力开发为捕捉远离平衡态的HEP动力学快照的理想互补平台,其关键目标是利用这些设备开展散射实验。然而实现该目标的主要障碍在于:既要满足基础规范对称性的要求,又要获取碰撞后期的动力学信息,这导致巨大的硬件资源消耗。该研究团队首次在IBM的ibm_marrakesh量子计算机上实现了格点规范理论(LGT)中散射过程的量子模拟,具体以1+1维量子电动力学(QED)的U(1)规范理论为框架,模拟了电子-正电子及介子的碰撞动力学,揭示了可通过拓扑Θ项和费米子质量精确调控的丰富碰撞后动力学行为。 通过监测散射过程的时序演化,研究人员成功区分出碰撞后两种主要行为模式:当拓扑Θ项较弱时表现出粒子退局域化特征;而当Θ项显著时则呈现具有清晰特征信号的局域化粒子。此外,该工作还发现:在碰撞点将质量骤减至较小值时,会发生伴随大量物质产生的非弹性散射,这种现象令人联想到量子多体疤痕态。这项研究为利用量子计算机研究HEP碰撞的实时量子动力学提供了重大突破。
