據(jù)中國科大新聞網(wǎng)報(bào)道,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陳宇翱、姚星燦、鄧友金等人成功構(gòu)建了求解費(fèi)米子哈伯德模型的超冷原子量子模擬器,以超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的模擬能力首次驗(yàn)證了該體系中的反鐵磁相變,朝向獲得費(fèi)米子哈伯德模型的低溫相圖、理解量子磁性在高溫超導(dǎo)機(jī)理中的作用邁出了重要的第一步。
相關(guān)研究成果于 7 月 10 日在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志上。
費(fèi)米子哈伯德模型是晶格中電子運(yùn)動規(guī)律的最簡化模型,被認(rèn)為是可能描述高溫超導(dǎo)材料的代表性模型之一,但其研究一直面臨著巨大挑戰(zhàn):
一方面,該模型在二維和三維下沒有嚴(yán)格解析解;
另一方面,計(jì)算復(fù)雜度非常高,即使是超級計(jì)算機(jī)也無法進(jìn)行有效的數(shù)值模擬。
量子計(jì)算為求解若干經(jīng)典計(jì)算機(jī)難以勝任的計(jì)算難題提供了全新的方案。國際學(xué)術(shù)界為量子計(jì)算的發(fā)展設(shè)定了三個階段:
一是對特定問題的計(jì)算能力超越經(jīng)典超級計(jì)算機(jī),實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”。隨著美國谷歌公司“懸鈴木”以及中國科大“九章”系列、“祖沖之號”系列量子計(jì)算原型機(jī)的實(shí)現(xiàn),這一階段的目標(biāo)已達(dá)到;
二是實(shí)現(xiàn)專用量子模擬機(jī)以求解諸如費(fèi)米子哈伯德模型這一類重要科學(xué)問題,這是當(dāng)前的主要研究目標(biāo);
三是在量子糾錯的輔助下實(shí)現(xiàn)通用容錯量子計(jì)算機(jī)。
值得指出的是,理論研究表明,即使采用通用量子計(jì)算機(jī)也難以準(zhǔn)確求解費(fèi)米子哈伯德模型。因此,構(gòu)建可以求解該模型的量子模擬機(jī),不僅是理解高溫超導(dǎo)機(jī)理的有效途徑,也是量子計(jì)算研究的重大突破。
▲ 圖源中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)公眾號
據(jù)介紹,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的工作推進(jìn)了對費(fèi)米子哈伯德模型的理解,為進(jìn)一步求解該模型、獲取其低溫相圖奠定了基礎(chǔ),也首次展現(xiàn)了量子模擬在解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法勝任的重要科學(xué)問題上的巨大優(yōu)勢。
《自然》雜志審稿人對該工作給予了高度評價,稱該工作:
“有望成為現(xiàn)代科技的里程碑和重大突破(...which could become a notable milestone for modern science and technology and a major breakthrough)”;
“標(biāo)志著該領(lǐng)域向前邁出了重要的一步(…marks an important step forward for the field)”;
“是實(shí)驗(yàn)的杰作,是期待已久的成就(…is an experimental tour de force. This is a long-awaited achievement)”。
該項(xiàng)研究獲得了科技部、國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院、安徽省、上海市和新基石科學(xué)基金會等的支持。