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(gè)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(cuò)的輔助下實(shí)現(xiàn)通用容錯(cuò)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(jià)，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。
