量子コンピュータを用いた量子力学計算の新手法(Calculating a new view on quantum mechanics using quantum computers)

2026-06-30 オークリッジ国立研究所(ORNL)

米国オークリッジ国立研究所(ORNL)は、Oak Ridge Leadership Computing Facility(OLCF)の量子コンピュータ利用プログラム(QCUP)を活用し、量子コンピュータによる量子力学・素粒子物理学の新たな計算手法を実証した。研究では、クォークやグルーオンが陽子や中性子などのハドロンを形成する「ハドロン化」を対象に、量子色力学(QCD)の簡略化モデルをIBMの量子コンピュータ上でシミュレーションした。ハドロン化は、従来のスーパーコンピュータでも計算負荷が極めて高い現象であるが、量子計算を用いることで将来的により複雑なQCD問題へ適用できる可能性が示された。今回の成果は、量子コンピュータ単独ではなく、高性能計算(HPC)と連携して素粒子物理学の難題に取り組む有効性を示したものであり、大型ハドロン衝突型加速器(LHC)の実験解析や新たな物理現象の解明にも貢献が期待される。量子計算技術を科学研究へ本格的に応用するための重要な一歩となる成果である。

<関連情報>

スケーラブル回路を用いた重クォーク限界における弦の破壊 String breaking in the heavy quark limit with scalable circuits

Anthony N. Ciavarella
Physical Review D  Published 3 March, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.111.054501

Abstract

Quantum simulations of non-Abelian gauge theories require efficient mappings onto quantum computers and practical state preparation and measurement procedures. A truncation of the Hilbert space of non-Abelian lattice gauge theories with matter in the heavy quark limit is developed. This truncation is applied to ⁢⁡(2) lattice gauge theory in 1 +1⁢ to map the theory efficiently onto a quantum computer. Scalable variational circuits are found to prepare the vacuum and single meson states. It is also shown how these state preparation circuits can be used to perform measurements of the number of mesons produced during the system’s time evolution. A state with a single ⁢¯ pair is prepared on quantum hardware and the inelastic production of ⁢¯ pairs is observed using 104 qubits on IBM’s Heron quantum computer ibm_torino.

1601コンピュータ工学
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