美国劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)的物理学家Christian Bauer、Marat Freytsis和Benjamin Nachman通过利用IBM Q的量子计算机，来计算了两个质子碰撞时的部分过程，并获得了相关的计算结果。该计算可以显示出一个离开的粒子将发射出其他粒子的概率。

在该团队最近发表在《物理评论快报》上的论文中，研究人员描述了他们如何使用一种被称为“有效场论”的方法将他们的完整理论分解为各个块。最终，他们开发了一种量子算法，它允许在量子计算机上计算其中的一些块，并将其他块的计算留给了经典计算机。

Nachman说：“对于一个接近自然的理论，我们演示了它在原则上是如何运作的。然后我们采用了该理论的一个非常简化的版本，并在量子计算机上进行了明确的计算。”

伯克利实验室团队旨在通过观察实验室环境中的高能粒子碰撞(例如位于瑞士日内瓦的大型强子对撞机)来获得有关自然界中最小组成单元的见解。该团队正在通过使用计算将预测结果与实际碰撞出的“碎片”进行比较来探索这些碰撞中会发生什么。

Nachman说：“这类计算的困难之一是我们想要描述大范围的能量。我们想通过分析飞入到我们探测器中的相应粒子来描述从最高能量到最低能量范围的过程。”

单独使用量子计算机来解决这些类型的计算需要大量的量子比特，这远远超出了当今可用的量子计算资源。该研究小组可以用近似的方法在经典系统上计算这些问题，但这些方法忽略了重要的量子效应。因此，该团队的目标是将计算分成不同的块，这些块既适合于经典系统，也适合于量子计算机。

该团队通过美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)的OLCF QCUP计划在IBM Q的量子计算机上进行了实验，以验证他们开发的量子算法能在小规模的部分过程上重现预期结果，并且仍然可以用经典计算机进行计算和确认。

Nachman说：“这是一个绝对关键的演示。对我们来说，重要的是我们从理论上描述了这些粒子的特性，然后在实际的量子计算机上实现了它们的一个版本。在量子计算机上运行时出现的许多挑战在理论上是不会发生的。我们的算法可扩展，因此当我们获得更多的量子资源时，我们将能够进行经典系统无法进行的计算。”

该团队还旨在使量子计算机可用，以便他们可以执行他们希望做的各种科学。量子计算机有噪音，这种噪音会在计算中引入错误。因此，该团队还部署了他们在之前的工作中开发的错误缓解技术。

接下来，该研究团队希望为他们的问题增加更多的维度，并将它们在空间上分解为更少的点，并扩大他们问题的规模。最终，他们希望在量子计算机上进行经典计算机无法进行的计算。

Nachman说：“通过ORNL提供的IBM Q的量子计算机有大约100个量子比特，因此我们应该能够扩展到更大的系统规模上。”该团队研究人员还希望能放宽他们的近似方法并转向去计算更接近自然的物理问题，以便他们可以执行不仅仅是概念证明的计算。（编译:Qtech）