記者10日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉、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。相關(guān)研究成果于10日在線發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。

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：一是實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”，這一里程碑目前已達(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)。

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，理論上僅能夠明確無摻雜條件下系統(tǒng)的低溫狀態(tài)是反鐵磁態(tài)。由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，不僅反鐵磁態(tài)從未得以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，而且摻雜條件下的系統(tǒng)狀態(tài)已經(jīng)無法通過經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確數(shù)值模擬。因此，構(gòu)建量子模擬器驗(yàn)證包括摻雜條件下的反鐵磁相變，是實(shí)現(xiàn)能夠求解費(fèi)米子哈伯德模型的專用量子模擬機(jī)關(guān)鍵的第一步。

在前期工作基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步降低了盒型光勢(shì)阱的強(qiáng)度噪聲，并結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了最低溫度的均勻費(fèi)米簡(jiǎn)并氣體制備，滿足了實(shí)現(xiàn)反鐵磁相變所需要的低溫。他們創(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。通過精確調(diào)控相互作用強(qiáng)度、溫度和摻雜濃度，研究團(tuán)隊(duì)直接觀察到了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。

陳宇翱表示，他們首次展現(xiàn)了量子模擬在解決重要科學(xué)問題上的巨大優(yōu)勢(shì)。《自然》審稿人高度評(píng)價(jià)該成果：“有望成為現(xiàn)代科技的里程碑和重大突破”“標(biāo)志著該領(lǐng)域向前邁出了重要的一步”。

（記者吳長(zhǎng)鋒）

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