LHC 顶夸克与量子计算“神奇”特性之间的惊人联系可能会带来革命性的计算可能性。图片来源：SciTechDaily.com

近日，物理学家在大型强子对撞机(LHC)与量子计算领域取得了一项突破性发现。伦敦玛丽女王大学的克里斯·怀特教授和他的双胞胎兄弟、阿德莱德大学的马丁·怀特教授共同揭示了LHC产生的顶夸克与量子计算中“魔力”性质的紧密联系。这一研究成果已发表在《物理评论D》上。

据悉，量子计算机利用了量子力学的奇特原理，被视为超越传统计算机能力的关键。然而，量子计算机潜力的核心在于一种被称为“魔法”的特性，这是构建这些强大机器的关键因素，但其产生和增强的机制一直是个谜。对于任何给定的量子系统，“魔力”是衡量其在非量子计算机上计算难度的指标，魔力越高，越需要量子计算机来描述其行为。

在这项新研究中，怀特兄弟首次证明LHC经常产生具有“魔法”性质的顶夸克。顶夸克是已知最重的基本粒子之一。通过研究LHC中质子碰撞产生的顶夸克行为，研究人员预测并观察到这些“魔法顶夸克”会频繁出现。有趣的是，这些顶夸克表现出的“魔力”大小取决于它们的移动速度和行进方向，这些都可以通过LHC的ATLAS和CMS探测器进行测量。

克里斯·怀特教授表示：“虽然纠缠(粒子相互连接)一直是量子研究的主要焦点，但我们的工作探索了顶夸克中的‘魔力’概念，这实质上衡量了粒子是否适合构建强大的量子计算机。”马丁·怀特教授补充道：“ATLAS实验已经观察到了量子纠缠的证据，我们已经证明LHC还可以在此类实验中尝试的最高能量下观察到更复杂的量子行为模式。”

这一发现对于理解和潜在增强其他量子系统中的“魔力”具有重要意义。量子计算机的潜在优势非常巨大，将影响药物研发、材料科学等多个领域。然而，要实现这种能力，需要强大且可控的量子态，而“魔法”在实现这种控制方面起着关键作用。

怀特兄弟的研究不仅为更深入地了解量子信息理论与高能物理之间的联系奠定了基础，还凸显了LHC作为探索量子理论前沿的独特平台的潜力。克里斯·怀特教授说：“通过研究顶夸克产生的‘魔力’，我们在这两个令人兴奋的物理学领域之间架起了一座新的桥梁。”

参考文献：Chris D. White 和 Martin J. White 合著的《顶夸克的魔法态》，2024 年 12 月 18 日，《物理评论 D》。DOI：10.1103/PhysRevD.110.116016