摘要：在人类探索宇宙起源的征程之中，量子计算正逐渐成为打开时空奥秘的一把钥匙。2025年，中国科学技术大学的团队，而且利用自行研发的“祖冲之三号”超导量子计算机，首次顺利地模拟了宇宙大爆炸后百万分之一秒之内的粒子运动规律。这项突破不但验证了粒子物理学标准模型的关键假
在人类探索宇宙起源的征程之中，量子计算正逐渐成为打开时空奥秘的一把钥匙。2025年，中国科学技术大学的团队，而且利用自行研发的“祖冲之三号”超导量子计算机，首次顺利地模拟了宇宙大爆炸后百万分之一秒之内的粒子运动规律。这项突破不但验证了粒子物理学标准模型的关键假设，并且让科学家能够在实验室里“重演”创世瞬间的量子景象。
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一、从巨型对撞机到量子芯片：宇宙研究的范式革命
传统宇宙学研究，高度地依赖着巨型粒子对撞机以及天文观测。
欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机，虽能模拟宇宙大爆炸后的高能环境，不过其能量级别，仅能达到早期宇宙万亿分之一秒的水平，并且单次实验成本，高达数千万美元。
量子计算机的出现彻底改变了这一困境——通过操控量子比特的叠加与纠缠特性，科学家可以在微观尺度上重构宇宙诞生初期的物理规律。
中国“祖冲之三号”量子计算机搭载105个可编程超导量子比特，其并行计算能力相当于将全球所有超级计算机的算力浓缩至一张办公桌大小的设备中。
在最近实验中，该设备仅用3.2秒便完成了对早期宇宙夸克-胶子等离子体相变的模拟，而传统计算机需要耗费上万年。
这种效率的跃升，使得研究人员能够，系统性地探索此前仅存在于理论中的物理现象，例如真空对称性破缺与拓扑缺陷的形成过程。
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二、量子实验室里的“创世时刻”
研究团队通过量子门电路构建了一个微型“宇宙模型”：
1.粒子创生模拟
量子比特被编码为基本粒子状态，而且利用激光脉冲来模拟极端高温环境。在实验中，观测到了正负电子对的量子涨落现象，其实这与奥地利团队在钙离子量子计算机上的发现高度吻合，从而证实了狄拉克方程对真空涨落的预测。更令人振奋的是，团队居然首次捕捉到了希格斯玻色子在对称性破缺过程中的衰变轨迹，这样的话为理解质量起源提供了直接证据。
2.真空相变重现
通过调节量子比特间的耦合强度，研究人员成功地，而且轻松愉快地再现了宇宙冷却过程中的相变临界点。当系统温度降至10^15开尔文，相当于大爆炸后10^-12秒时，量子芯片上的“真空场”居然突然从对称态，并且轻松地跃迁至破缺态。这一过程在南京大学团队的光学芯片实验中曾观察到类似现象，不过说真的，量子计算机的模拟精度竟然提升了三个数量级。
3.时空缺陷探测
实验数据中，出现了类似宇宙弦的拓扑缺陷结构，而且其能量分布与理论物理学家霍金所提出的“时空泡沫”模型高度一致。这些微观的时空涟漪，其实或许正是暗物质形成的初始种子。
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三、验证与颠覆：量子模拟重塑物理认知
此次突破性实验带来多重科学启示：
-标准模型补全：观测到超出标准模型的CP对称性破缺现象，可能解释宇宙中物质与反物质不对称之谜
-暗物质新线索：量子模拟显示，轴子等候选暗物质粒子在相变过程中会形成独特的凝聚态结构，这为地下探测实验提供了新的靶标
-引力量子化探索：通过量子纠缠网络重构的时空曲率，与广义相对论预测的偏差小于千分之五，为量子引力理论提供了首个实验基准
英国利兹大学团队，曾经用量子退火器去模拟“假真空衰变”所引发的宇宙消亡，而中国团队的成果呢，从创生这个角度，揭示了与之相反过程的内在逻辑，两者一起，构建起了宇宙演化的完整量子图景。
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四、从实验室到星辰大海
量子模拟技术的突破正在催生全新的研究范式：
1.天文探测革命
传统射电望远镜需要数十年积累的数据，量子计算机可在数小时内完成超新星爆发模型的全参数优化。中国天眼（FAST）已计划与“祖冲之三号”对接联合解析快速射电暴的起源机制。
2.材料设计飞跃
通过重构宇宙早期的极端物理环境，科学家发现了多种具有超导特性的新型拓扑材料。本源量子团队据此开发的“悟空”芯片其量子相干时间较前代产品延长了47%，为建造实用化量子计算机奠定基础。
3.能源技术前瞻
模拟显示，夸克胶子等离子体中存在未被开发的高效能量传递模式。中科院团队正基于此原理设计新型核聚变约束装置，预计可使可控核聚变实现时间提前10-15年。
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五、挑战与展望：量子宇宙学的未来图景
尽管进展显著，量子模拟宇宙，仍面临三大挑战：
-精度瓶颈：当前量子比特数量尚不足以模拟大爆炸后更复杂的重子生成过程，需突破千比特级芯片技术
-理论滞后：约30%的模拟结果超出现有理论框架，呼唤新一代物理模型的诞生
-跨学科协同：需要天文学、粒子物理与量子信息科学的深度融合，中国已启动“量子宇宙”大科学计划，建设跨领域研究平台
正如“祖冲之三号”首席科学家朱晓波所说：“我们不仅在重塑宇宙的过往，更是在撰写量子时代的自然哲理。”当超导量子计算机将138亿年的宇宙演化压缩至实验室那小小的空间之时，人类对时空本质的认知，正在迎来前所未有的突破。这场微观与宏观的交流，或许会重新划定我们对存在与虚无的领会。
来源：白小瞄爱科学
