在自旋-声子量子计算机上观测量子场论动力学

使用经典方法模拟自然界量子场论的非平衡动力学具有挑战性,但却是量子计算机极具前景的应用方向。然而,模拟相互作用的玻色场存在高玻色子-量子比特编码开销问题,且将无限维玻色子希尔伯特空间映射到量子比特时必然面临截断误差——这种误差会随能量和时间增长。本研究提出,通过为量子计算机配置主动式玻色寄存器,并集成量子比特门、玻色门及混合量子比特-玻色门,可构建更强大的玻色理论模拟平台。该团队在混合模数离子阱量子计算机上实验验证了这一能力:量子比特编码于离子内态,玻色子则编码于离子运动态。具体而言,研究人员模拟了(1+1)维汤川模型(相互作用的核子与π介子的简化模型)的非平衡动力学,测量了费米子与玻色子占据态概率。实验成功从空态出发激发高能玻色场,并精确捕捉了这些高占据态。该模拟既突破了经典方法的计算瓶颈,又避免了大规模量子比特开销,同时消除了截态误差。这项成果为在量子比特-玻色子混合计算中实现可验证的量子优势开辟了新路径。

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