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中國(guó)科大里程碑式進(jìn)展

2024-07-11 14:06:24    來(lái)源:百瑞地產(chǎn)網(wǎng)

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據(jù)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)消息,該校潘建偉、陳宇翱、姚星燦、鄧友金等學(xué)者成功構(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,標(biāo)志著我國(guó)在量子計(jì)算研究領(lǐng)域的第二階段中取得里程碑式進(jìn)展。相關(guān)研究成果于當(dāng)日在線(xiàn)發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志上。

以高溫超導(dǎo)為代表的強(qiáng)關(guān)聯(lián)量子材料,因其科學(xué)價(jià)值和潛在的巨大經(jīng)濟(jì)效益,將極大地推動(dòng)未來(lái)科技的發(fā)展。然而,這些新型量子材料背后的物理機(jī)制尚不明確,難以實(shí)現(xiàn)有效可控的規(guī)?;苽浜蛻?yīng)用。

費(fèi)米子哈伯德模型是晶格中電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的最簡(jiǎn)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,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(méi)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(jí)計(jì)算機(jī)也無(wú)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)難以勝任的難題提供了全新路徑。
國(guó)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(duì)特定問(wèn)題的計(jì)算能力超越經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī),實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”,隨著美國(guó)谷歌公司“懸鈴木”以及中國(guó)科大“九章”系列、“祖沖之號(hào)”系列量子計(jì)算原型機(jī)的實(shí)現(xiàn),這一里程碑已達(dá)到;
二是實(shí)現(xiàn)專(zhuān)用量子模擬機(jī)以求解諸如費(fèi)米子哈伯德模型這一類(lèi)重要科學(xué)問(wèn)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)。

此次潘建偉院士團(tuán)隊(duì)結(jié)合前期研究成果,實(shí)現(xiàn)了最低溫度的均勻費(fèi)米簡(jiǎn)并氣體制備,滿(mǎn)足了實(shí)現(xiàn)反鐵磁相變所需要的低溫,并進(jìn)一步創(chuàng)造性地將盒型光勢(shì)阱和平頂光晶格技術(shù)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了空間均勻的費(fèi)米子哈伯德體系的絕熱制備。在此基礎(chǔ)上,研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)精確調(diào)控相互作用強(qiáng)度、溫度和摻雜濃度,成功構(gòu)建出求解費(fèi)米子哈伯德模型的超冷原子量子模擬器,直接觀察到反鐵磁相變的確鑿證據(jù)——自旋結(jié)構(gòu)因子在相變點(diǎn)附近呈現(xiàn)冪律的臨界發(fā)散現(xiàn)象,從而首次驗(yàn)證了費(fèi)米子哈伯德模型包括摻雜條件下的反鐵磁相變。

該工作推進(jìn)了對(duì)費(fèi)米子哈伯德模型的理解,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。

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