中國(guó)首次實(shí)現(xiàn)！超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)量子模擬器：與高溫超導(dǎo)有關(guān)

7月11日消息，據(jù)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)官網(wǎng)介紹，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團(tuán)隊(duì)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。

該突破朝向獲得費(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(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志上。

“天元”量子模擬器示意。紅色和藍(lán)色的小球分別代表自旋相反的原子，它們?cè)谌S空間交錯(cuò)排列，形成了反鐵磁晶體。原子被光晶格囚禁在玻璃真空腔中。

據(jù)介紹，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)為是有希望解釋高溫超導(dǎo)機(jī)理這一困擾物理學(xué)界近四十年難題的核心物理模型。

一旦理解其物理機(jī)制，就能夠規(guī)?；卦O(shè)計(jì)、生產(chǎn)和應(yīng)用新型的高溫超導(dǎo)材料，在電力傳輸、醫(yī)學(xué)、超算等領(lǐng)域產(chǎn)生變革性影響。

潘建偉院士介紹，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。

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。