我國首次實現超越經典計算機的費米子哈伯德模型量子模擬器

　　IT之家 7 月 11 日消息，據中國科大新聞網報道，中國科學技術大學潘建偉、陳宇翱、姚星燦、鄧友金等人成功構建了求解費米子哈伯德模型的超冷原子量子模擬器，以超越經典計算機的模擬能力首次驗證了該體系中的反鐵磁相變，朝向獲得費米子哈伯德模型的低溫相圖、理解量子磁性在高溫超導機理中的作用邁出了重要的第一步。

　　相關研究成果于 7 月 10 日在線發表在國際學術期刊《自然》雜志上。

　　費米子哈伯德模型是晶格中電子運動規律的最簡化模型，被認為是可能描述高溫超導材料的代表性模型之一，但其研究一直面臨著巨大挑戰：

　　一方面，該模型在二維和三維下沒有嚴格解析解;

　　另一方面，計算復雜度非常高，即使是超級計算機也無法進行有效的數值模擬。

　　量子計算為求解若干經典計算機難以勝任的計算難題提供了全新的方案。國際學術界為量子計算的發展設定了三個階段：

　　一是對特定問題的計算能力超越經典超級計算機，實現“量子計算優越性”。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”系列量子計算原型機的實現，這一階段的目標已達到;

　　二是實現專用量子模擬機以求解諸如費米子哈伯德模型這一類重要科學問題，這是當前的主要研究目標;

　　三是在量子糾錯的輔助下實現通用容錯量子計算機。

　　值得指出的是，理論研究表明，即使采用通用量子計算機也難以準確求解費米子哈伯德模型。因此，構建可以求解該模型的量子模擬機，不僅是理解高溫超導機理的有效途徑，也是量子計算研究的重大突破。

　　

 

　　▲ 圖源中國科學技術大學公眾號

　　據介紹，中國科學技術大學的工作推進了對費米子哈伯德模型的理解，為進一步求解該模型、獲取其低溫相圖奠定了基礎，也首次展現了量子模擬在解決經典計算機無法勝任的重要科學問題上的巨大優勢。

　　《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)”;

　　“標志著該領域向前邁出了重要的一步(…marks an important step forward for the field)”;

　　“是實驗的杰作，是期待已久的成就(…is an experimental tour de force. This is a long-awaited achievement)”。

　　該項研究獲得了科技部、國家自然科學基金委、中國科學院、安徽省、上海市和新基石科學基金會等的支持。