首例氘核量子计算机模拟：核物理迈入量子云时代
- 核物理学家首次在量子计算机上模拟原子核。
- 团队编写代码在云端访问的Rigetti 19Q与IBM QX5量子处理器上运行。
- 初步结果为通过远程云量子资源开展重核量子驱动研究铺路。
量子计算超越速度层面，重塑信息处理范式。经典计算机用比特非0即1，量子比特可同时处于叠加态，极大拓展计算可能性。
橡树岭国家实验室研究者近期演示此威力：利用云端量子处理器模拟氘核——由一质子一中子组成的稳定核。
工具链
项目始于2017年末，代码设计用于在Rigetti 19Q与IBM QX5设备运行复杂核模拟。多硬件平台验证跨架构结果一致性。
团队利用开源Python库pyQuil——量子指令语言编程工具——生成硬件专用代码，在Rigetti与IBM机器执行。
测量什么？
量子计算执行70万+单次测量，确定氘核结合（分离）能——将其分解为质子中子所需最小能量。
氘核，中子（蓝）与质子（红）束缚态。图源：Andy Sproles
选氘核具战略性：最简单复合核、高度稳定、海水中天然丰富，成量子模拟理想测试案例。
参考：Phys. Rev. Lett. 120, 210501 (2018) | Oak Ridge National Laboratory虽量子比特非质子中子，团队将核性质映射到量子比特模拟氘核结合能。基于无介子有效场论构建氘核哈密顿量，采用酉耦合簇理论变分波函数假设。通过压缩电路深度，全操作装入退相干时间窗口。
面临挑战
远程仿真引入延迟，每次计算重复8000次保证统计可靠。
量子处理器噪声显著，外部扰动大幅改变测量结果。为缓解，研究者注入人工噪声并外推至零噪声极限。
结果与启示
双量子比特模拟在两平台产出一致结果且不确定度小。外推至无限空间，计算结合能与已知氘核值误差<2%。
引入第三量子比特因纠缠误差增复杂度，但外推结果仍在精确值3%以内。
这些成功证明量子计算机能精准建模简单核系统，预示通过云端量子访问研究更重核的潜力，将为核结构、元素成因、宇宙起源提供更深洞见。
工业技术