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bifa·必发(中国)唯一官方网站|胜者无敌|我科学家在量子计算领域取得标志性成
发布时间:2024-12-14 03:42:38| 文章来源:bifa必发科技

本报合肥7月10日电(记者丁一鸣ღ★、常河)日前ღ★,中国科学技术大学潘建伟ღ★、陈宇翱ღ★、姚星灿ღ★、邓友金等人成功构建了求解费米子哈伯德模型的超冷原子量子模拟器ღ★,以超越经典计算机的模拟能力首次验证了该体系中的反铁磁相变ღ★,向获得费米子哈伯德模型的低温相图ღ★、理解量子磁性在高温超导机理中的作用迈出了重要的第一步ღ★。相关研究成果于7月10日在线发表在国际学术期刊《自然》上ღ★。
由于其科学价值和潜在的巨大经济效益bifa·必发(中国)唯一官方网站ღ★,以高温超导为代表的强关联量子材料将极大地推动未来科技的发展ღ★。然而ღ★,这些新型量子材料背后的物理机制尚不明确ღ★,难以实现有效可控的规模化制备和应用ღ★。费米子哈伯德模型是晶格中电子运动规律的最简化模型ღ★,被认为是可能描述高温超导材料的代表性模型之一胜者无敌ღ★,但其研究一直面临着巨大挑战ღ★:一方面ღ★,该模型在二维和三维下没有严格解析解ღ★;另一方面ღ★,计算复杂度非常高ღ★,即使是超级计算机也无法进行有效的数值模拟bifa·必发(中国)唯一官方网站ღ★。
量子计算为求解若干经典计算机难以胜任的计算难题提供了全新的方案ღ★。国际学术界为量子计算的发展设定了三个阶段ღ★:一是对特定问题的计算能力超越经典超级计算机ღ★,实现“量子计算优越性”ღ★。随着美国谷歌公司“悬铃木”以及中国科大“九章”系列ღ★、“祖冲之号”系列量子计算原型机的实现胜者无敌bifa·必发(中国)唯一官方网站ღ★,这一阶段目标已达到ღ★;二是实现专用量子模拟机以求解诸如费米子哈伯德模型这一类重要科学问题胜者无敌ღ★,这是当前的主要研究目标ღ★;三是在量子纠错的辅助下实现通用容错量子计算机ღ★。值得指出的是ღ★,理论研究表明ღ★,即使采用通用量子计算机也难以准确求解费米子哈伯德模型ღ★。因此ღ★,构建可以求解该模型的量子模拟机ღ★,不仅是理解高温超导机理的有效途径ღ★,也是量子计算研究的重大突破ღ★。
对于整个设想中的费米子哈伯德模型低温相图ღ★,理论上仅能够明确无掺杂(即每个格点填充一个电子ღ★,又称“半满”)条件下系统的低温状态是反铁磁态胜者无敌bifa·必发(中国)唯一官方网站ღ★。然而由于系统的复杂性ღ★,不仅反铁磁态从未得以实验验证ღ★,而且掺杂条件下的系统状态已经无法通过经典超级计算机进行准确数值模拟bifa·必发(中国)唯一官方网站ღ★。因此bifa·必发(中国)唯一官方网站ღ★,构建量子模拟器验证包括掺杂条件下的反铁磁相变ღ★,是实现能够求解费米子哈伯德模型的专用量子模拟机的第一步ღ★,也是获得该模型低温相图的重要基础ღ★。
光晶格中的超冷原子具有系统纯净胜者无敌ღ★,原子间相互作用强度ღ★、隧穿速率及掺杂浓度可精确调控等诸多优势ღ★,是最有希望构建专用量子模拟机以求解费米子哈伯德模型的体系之一ღ★。为了验证反铁磁相变ღ★,超冷原子量子模拟器必须满足两个关键条件ღ★:首先ღ★,需要建立空间强度分布均匀的光晶格系统ღ★,确保费米子哈伯德模型的参数在大尺度上保持一致ღ★;其次ღ★,系统温度必须显著低于奈尔温度(即反铁磁相变温度)ღ★,这样反铁磁相变才可能出现ღ★。
研究团队克服以往实验中光晶格强度的非均匀性和费米原子制冷存在的困难ღ★,通过精确调控相互作用强度ღ★、温度和掺杂浓度ღ★,直接观察到了反铁磁相变的确凿证据——自旋结构因子在相变点附近呈现幂律的临界发散现象ღ★,从而首次验证了费米子哈伯德模型包括掺杂条件下的反铁磁相变ღ★。
该工作推进了对费米子哈伯德模型的理解ღ★,为进一步求解该模型bifa·必发(中国)唯一官方网站ღ★、获取其低温相图奠定了基础ღ★,也首次展现了量子模拟在解决经典计算机无法胜任的重要科学问题上的巨大优势ღ★。《自然》杂志审稿人对该工作给予了高度评价ღ★,称该工作“有望成为现代科技的里程碑和重大突破”“标志着该领域向前迈出了重要的一步”“是实验的杰作胜者无敌bifa·必发(中国)唯一官方网站ღ★,是期待已久的成就”ღ★。
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