当被问到“量子计算机能做什么？”时，许多人可能会想到密码学和药物发现。但还有更深层次的故事。这是量子计算机已经开始窥探“物质创造时刻”的消息，我们在理论上知道这一点，但直到现在还无法计算。这个阶段是物理学中的一个老难题：质子和中子是如何形成的。一位研究人员使用 IBM 的量子机器来解决这个领域，该领域有一个理论，但经典计算机没有成功。我们不是在谈论一些华而不实的通用机器。然而，工具为阐明理论深度而采取的小步骤确实值得一看。
劳伦斯伯克利国家实验室的研究员安东尼·西亚瓦雷拉（Anthony Ciavarella）成功模拟了粒子物理过程强子化。 ORNL 于 2026 年 6 月 30 日发布。
Ciavarella 通过量子计算机用户程序 (QCUP) 使用 104 个量子位远程访问 IBM 量子平台上的 Heron 处理器，该程序由 DOE 橡树岭国家实验室 (ORNL) 的橡树岭领先计算设施运行。
在这次模拟中，我们重点关注强子化的基本机制——弦断裂，利用重夸克极限，使用Ciavarella在华盛顿大学研究生时共同开发的“可扩展电路联立变分量子本征值求解器（SC2-VQE）”准备量子真空态，并将其限制为一维。
结果与之前使用经典超级计算机的研究结果一致。结果发表在《Physical Review D》上。
【编辑部评论】
首先，让我们从“为什么这项研究如此困难？”开始，量子色动力学（QCD）理论描述了束缚夸克（物质的最小组成部分）的“强力”。但是，如果您尝试在经典计算机上直接计算这种动态行为，则每次增加粒子或时间步数时，所需的内存都会增加一倍。“指数缩放”墙我遇到了这个。
更麻烦的是困扰晶格 QCD 计算的“符号问题”。尽管晶格 QCD 已成功描述静态特性，但动态过程的直接计算受到符号问题的阻碍，并且需要指数计算资源。强子化已“有理论但无法计算”区域原因如下。
这次Ciavarella先生的方法我想重点讲的是：重点是我们不会强行扩大规模是。首先，我们以经典计算机可以处理的小尺寸优化电路，确定其参数如何依赖于尺寸，然后将其“外推”到更大的系统。可以说，这个想法是通过将 10 到 12 个量子位学习到的规律性扩展到数百个量子位的规模来创建一个模板。
让我对这里的数字进行一个公正的解释。 ORNL 的声明称“使用了 156 个量子位中的 104 个”，但同行评审论文 (Phys. Rev. D 111, 054501) 指出，他们实际上使用了 104 个量子位，这些量子位由 IBM 的 Heron 量子计算机“ibm_torino”运行。ibm_torino 配备了 Heron R1 型处理器（133 个量子位），而156个量子位对应的是R2型，是2024年7月重新设计的芯片。
换句话说虽然所使用的位数“104”与主要信息匹配，但参数“156”可能是来自不同代的具有不同组成的数字。，是编辑部的观点。当读者引用这篇文章时，如果将其理解为“一台 133 量子比特的机器使用 104 量子比特”，会更忠实于原文。
我要记住的另一件事是年表。 ORNL 的发表日期为 2026 年 6 月 30 日，但该论文本身发表在 Phys 上。 2025 年 Rev. D 第 111 卷。这一公告不仅仅是“新发现的突发新闻”。他有强烈的倾向将结果作为操作计划（QCUP）的结果进行广泛交流。，可以解释为 。
那么，如果我们这样做，会发生什么变化呢？最大范围是在欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）等对撞机中寻找“新物理学”是。在加速器中，我们只能间接观察夸克变成强子之前的状态。如果我们能够通过计算来填补空白，我们将能够更准确地识别超出标准模型的现象的迹象。
其积极的一面还在于应用范围广泛。处理具有强相互作用和密集量子纠缠的系统的技术不仅限于粒子物理学。新材料设计、高温超导、核材料行为我们可以预期这会对多体问题产生连锁反应，而这对于经典计算来说是很困难的。
【术语解释】
ハドロン化（hadronization）
是指两个或多个夸克以强核力结合形成质子、中子等复合粒子（称为强子）的过程。这是理解物质结构以及最终宇宙形成的关键现象。
断弦
强子化的基本机制。连接夸克的胶子“弦”被拉伸，当释放出足够的能量时，它们就会断裂，产生新的夸克-反夸克对，从而形成强子。
夸克/胶子
夸克是构成物质的最小基本粒子。胶子是用“强力”将夸克结合在一起的粒子，QCD 描述了它们之间的关系。
重クォーク极限（heavy quark limit）
与轻夸克相比，大质量夸克在空间上的分布更小，并且往往适合模拟晶格上的点。一种近似方法，利用这种易于处理的优势，然后将其外推到轻夸克的行为。
可扩展电路并发变分量子本征求解器 (SC2-VQE)
由 Ciavarella 先生在华盛顿大学期间共同开发的计算技术。我们在小规模系统中优化电路，确定其参数的尺寸依赖性，并将其外推到大规模系统。该方法是相关研究中使用的 SC-ADAPT-VQE 的后代。
Heron/ibm_torino
IBM 量子处理器的型号名称。 r1 类型有 133 个量子位（机器名称 ibm_torino），r2 类型（2024 年 7 月重新设计）有 156 个量子位。本文使用的名称是 ibm_torino。
[参考链接]
OLCF｜量子计算用户计划（QCUP）（外部）
为研究人员提供对商业量子计算资源的云访问的计划的官方页面。说明使用对象及申请流程。
IBM Quantum｜硬件与路线图（外部）
IBM 的官方量子硬件页面。您可以检查每个处理器（例如 Eagle 和 Heron r1/r2）的量子位数量。
IBM｜什么是量子比特？（外部）
IBM 的官方页面，用简单的术语解释了量子比特的基础知识。这将帮助您理解本文的基本概念，例如叠加。
劳伦斯伯克利国家实验室（Berkeley Lab）（外部）
领导这项研究的研究人员所属的美国能源部国家实验室。他负责从基础科学到计算科学的广泛领域。
CERN｜大型强子对撞机（LHC）（外部）
本文中出现的世界上最大对撞机的官方说明页面。介绍质子碰撞实验的目的和机理。
[参考视频]
[参考文章]
利用可扩展电路实现重夸克极限的弦断裂（arXiv）（外部）
上述论文的预印本文本。值得注意的是，虽然 ibm_torino 结果再现了初始振动，但随着时间的推移，准确性会下降。以此作为确认“匹配”范围的依据。
研究人员使用 IBM 量子硬件对关键粒子物理过程进行建模（The Quantum Insider）（外部）
ORNL 宣布这一消息后，行业媒体进行了报道。它使用了 156 个量子位中的 104 个量子位，结果与之前经典超级计算机的研究一致。
量子计算机模拟强子化，用104个量子比特再现弦断裂（Phys.org）（外部）
一篇科学媒体文章报道了简化模型的强子化模拟的成功。它提到了 156 个量子位中的 104 个量子位的使用及其发表的期刊。
使用 112 个量子位的 Schwinger 模型对强子动力学进行量子模拟（OSTI.GOV）（外部）
研究人员参与的相关研究。我们在 133 量子位 Heron 机器上使用了 112 量子位，并将其作为补充材料来确认外推法（SC-ADAPT-VQE）的谱系和数值。
处理器类型｜IBM Quantum 文档（外部）
IBM官方处理器型号解释。主要信息明确表明 Heron r1 是 133 个量子位，r2 是 156 个量子位，支持代际差异。
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[编者后记]
有关量子计算机的新闻往往用数字来谈论，例如“实现了多少量子位”或“比经典计算机好多少倍”。但我觉得这不是这个故事最有趣的部分。我们根据理论构建的机器反映了仍然隐藏在这些理论深处的自然行为。量子理论原本是观察的一面，突然变成了计算的一面——这种悄然的逆转是我最想停下来欣赏的。
另一件让我在写作时停下来的事情是它是“156”还是“133”以及“匹配”意味着多远的细节。我回去重新阅读了论文的正文，以确认所使用的量子机器的型号以及结果与经典计算的一致程度。这是一个简单的过程，但我相信关注每个细节将有助于与读者建立信任。我不想用华而不实的标题来让人们感到惊讶，我更希望看到一座更接近原文的雕像。
说实话，这个结果还仅限于“用简化模型重现一小段时间”。这并不意味着我们可以计算整个三维现实世界，也不意味着明天某些事情就会发生巨大的变化。尽管如此，我还是很高兴能够见证理论和工具之间关系转变的那一刻。未来，当量子机器变得更大、更精确时，我们能够了解多少物质和宇宙的结构？如果我们能继续一起追寻这样的风景，我会很高兴。