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http://www.threebody.org/dp/node/76

作者：Chad Boutin

原始出处：外链出处

量子计算机还有很多年的距离，但是三个理论物理学家却已经至少发掘出它们可能的天赋之一。按照这些理论家——其中之一来自（美国）国家标准和技术研究所（NIST）的说法，物理学家将有可能用上量子计算机来研究宇宙的内部机制，这种方式甚至比最强的传统超级计算机所能达到的还要强得多。

量子计算机所需的技术可能还需要数十年的时间才能完善，但是它们为解决复杂的问题作出了许诺。它们的处理器的开关将得益于量子力学——主导亚原子粒子相互作用的规律。这些规律允许量子的开关同时存在开和闭的状态，因此它们可用于同时考虑一个问题的所有可能的解。

这个独一无二的天赋，远远超出了现在的计算机的能力，能够让量子计算机快速解决一些目前很困难的问题，例如破译复杂的密码。但是它们也能用于处理更加具有挑战性的问题。

“我们有了这个量子计算机的理论模型，其中最大的问题之一是，自然界中发生的哪个物理过程能够用这个模型有效的表示出来？”NIST的应用和计算数学部门的理论家 Stephen Jordan 说道。“也许是粒子碰撞，也许是大爆炸后的早期宇宙？我们能否使用量子计算机来模拟它们，并且告诉我们所期待的？”

这种类型的问题还包括跟踪多种不同元素的相互作用，这种迅速的情况对目前最强大的计算机来说也非常复杂。

这个组开发出一个算法——一系列可以重复的指令——能在任何可工作的量子计算机上运行，而与任何用于建造量子计算机的特定技术无关。这个算法能够模拟两种基本粒子相互碰撞时候的所有可能的相互作用，这种过程目前需要多年的努力和大型的加速器才能研究。

对于现在的数字计算机来说，模拟这些碰撞是一个非常困难的问题，因为碰撞粒子的量子态非常复杂，并且在可能的位数里面无法精确表示。然而，这个组的算法使用了一组量子开关，更有效的将描述量子态的信息编码，使得计算更加可信。

关于这个算法的更多的重要工作是 Jordan 在加州理工学院做博士后期间完成的。他的合作者是博士后 Keith S.M. Lee（现在是匹兹堡大学的博士后）及加州理工的 John Preskill——理论物理的费曼讲席教授。

这个组使用了量子力学的原理证明了他们的算法能够将碰撞粒子相互作用的效应非常好的叠加在一起，以产生加速器所能提供的系列数据。

“这个模拟很好的一点是你可以通过提高粒子碰撞的能量来提升问题的复杂度，但是解决问题的困难不会增长得快到失去控制。”Preskill 说。“这意味着量子计算机处理它是可行的。”

尽管他们的算法只考虑了一种特定类型的碰撞，这个研究组猜测他们的工作能够被用于探索基础物理之下的整个理论物理基础。

“我们相信这个工作能够应用于整个物理的标准模型。”Jordan 说道。“它能够让量子计算机作为一种类型的‘风洞’来检验那些目前需要加速器才能进行的想法。”

论文信息：S.P. Jordan, K.S.M. Lee and J. Preskill. Quantum Algorithms for Quantum Field Theories. Science, June 1, 2012, DOI 10.1126/science.1217069.