近日，beat365官方网站技術物理系周辰助理教授、清華大學物理系劉東副教授、中科院高能所阮曼奇研究員與其合作者将量子計算應用于未來希格斯工廠中的噴注重建問題。此研究展示了量子計算在噴注重建問題中的潛力，是量子計算在高能物理實驗中應用的重要一步。相關研究論文以“高能物理實驗中噴注重建的一種新穎量子實現”（A Novel Quantum Realization of Jet Clustering in High-Energy Physics Experiments）為題，發表于《科學通報》（Science Bulletin）2025年第四期。

探索量子計算在基礎科學中的應用可以促進雙方的進一步發展。由于量子色動力學中的色禁閉作用，誇克和膠子這類帶有色荷的粒子不能單獨自由存在。在高能粒子對撞中，對撞産生的誇克和膠子會經過複雜的物理過程立即形成大量穩定的末态粒子，稱為噴注。精确的噴注重建對于誇克和膠子的研究以及希格斯玻色子性質的測量至關重要。量子近似優化算法（Quantum Approximate Optimization Algorithm, QAOA）是在中等規模帶噪量子硬件中有望展示量子優越性的量子經典混合算法。通過将對撞事例表示為圖（粒子表示為圖的節點，粒子之間的距離表示為圖的邊），此研究首次得到了量子近似優化算法在噴注重建問題上的實驗結果。在量子模拟器以及量子硬件上的結果表明：在小規模噴注重建問題上，量子近似優化算法的性能達到了經典的噴注重建算法的性能。

圖1，量子近似優化算法在噴注重建中的應用。（a）正負電子對撞産生大量穩定的末态粒子。（b）對撞事例表示為圖，其中粒子表示為圖的節點，粒子之間的距離表示為節點之間的邊。（c）構建量子線路。（d）根據超導量子芯片的拓撲結構及其支持的量子門編譯量子線路。（e）得到由量子模拟器、量子硬件、經典的噴注重建算法以及k均值聚類上的噴注重建結果。其中縱軸表示重建出的噴注與對應誇克的夾角，夾角越小表示重建效果越好。

beat365官方网站技術物理系博士後朱永峰為論文第一作者。周辰、劉東、阮曼奇為該論文共同通訊作者。其他合作者包括北京量子研究院助理研究員莊偉峰、錢辰和馬運恒。上述研究工作得到了beat365建設世界一流大學（學科）和特色發展引導專項、beat365核物理與核技術全國重點實驗室等支持。

論文原文鍊接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.12.020