16、量子场论：量子计算方法的探索

量子场论：量子计算方法的探索

1. 量子场论与量子计算的背景

物质由粒子构成的观点由来已久，但在路德维希·玻尔兹曼去世时，这一观点仍颇具争议。20世纪见证了众多粒子的发现，以及自然界全新行为模式的证据。量子力学的规律比前苏格拉底哲学家们最狂野的梦想还要离奇，但仔细研究后会发现，它们能解释事物的运行机制。

量子场论与粒子物理学同步发展。其自洽性使得对粒子存在的预测成为可能，而这些粒子后来也在实验中被发现。弱电领域可以通过微扰理论和费曼图得到很好的理解，但强相互作用则需要新的方法。时空晶格的使用让物理学家能够利用统计抽样精确计算强子的质量和形状因子。

计算强相互作用量子系统的实时幺正演化和有限密度行为是21世纪的重大挑战，这需要远超经典超级计算机能力的计算资源。原则上，对于具有准局域相互作用的系统，量子设备可用于处理这些量子问题。如今，我们正处于一个令人兴奋的新时代的开端，即将把这些理论付诸实践。

2. 讲座笔记的目标

近年来，利用量子设备解决涉及多个自由度的量子问题的想法受到了广泛关注。塞思·劳埃德指出，理查德·费曼1982年提出的量子计算机可被编程来模拟任何局域量子系统的猜想是正确的。本讲座笔记的部分内容将解释这一观点在量子场论中的具体含义。

实际的物理系统，如冷原子或囚禁离子，已被用于模拟简化的多体模型，如各种自旋链或哈伯德模型。像IBM和Rigetti这样的公司已向公众开放部分量子计算机。预计未来几年，我们将开发新方法，利用这些工具对量子场论（QFT）模型进行计算，而这些计算用普通经典计算机是无法完成的。

目前，能用有噪声的量子计算机研究的QFT模型与用于粒子物理现象学或描述超导性的模型相比非