在先进量子试验台上在量子芯片上模拟的两个中子碰撞的描述。图片来源：S. Quaglioni（改编自劳伦斯伯克利国家实验室高级量子试验台网站）。

为恒星提供动力并锻造元素的核反应来自量子力学粒子、质子和中子的相互作用。解释这些过程是计算物理学中最具挑战性的未解决问题之一。

随着碰撞原子核质量的增加，对它们进行建模所需的资源甚至超过了最强大的传统计算机。量子计算机可以执行必要的计算。然而，它们目前还达不到所需数量的可靠和长寿命的量子比特。

发表在《物理评论A》上的研究将传统计算机和量子计算机相结合，大大加快了解决这个问题的前景。

研究人员成功地使用混合计算方案来模拟两个中子的散射。这为计算在实验室中难以或不可能测量的核反应速率开辟了一条道路。其中包括在天体物理学和国家安全中发挥作用的反应速率。

混合方案还将有助于模拟其他量子力学系统的特性。例如，它可以帮助研究人员研究具有量子化原子振动（称为声子）的电子散射，这是超导性的基础。

华盛顿大学、特伦托大学、先进量子试验台（AQT）和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的一组科学家提出了一种混合算法，用于模拟粒子量子力学系统的（实时）动力学。

在这种混合方法中，粒子空间坐标的时间演化是在经典处理器上进行的，而它们的自旋变量的演化是在量子硬件上进行的。研究人员通过模拟两个中子在AQT的散射来演示这种混合方案。

该演示验证了所提出的共处理方案的原理，该方案在实施误差缓解策略以提高算法的准确性后，并采用理论和实验方法阐明了量子相干性的损失。

即使该项目所研究的演示系统很简单，结果表明，对现有混合方案的推广可能为使用量子计算机模拟量子散射实验提供一条有前途的途径。

利用未来具有更长相干时间和更高量子门保真度的量子平台，混合算法将能够对复杂的核反应进行稳健的计算，这对天体物理学和核科学的技术应用非常重要。

更多信息：F. Turro 等人，用于模拟核反应的量子经典协处理协议演示，物理评论 A （2023）。DOI： 10.1103/PhysRevA.108.032417

期刊信息： Physical Review A