中國首次構建超越經典電腦量子模擬器 《自然》期刊高度評價

圖爲費米子哈伯德量子模擬器示意圖。紅色和藍色的小球分別代表自旋相反的原子在三維空間交錯排列，形成了反鐵磁晶體。（圖／澎湃新聞）

經過十多年科研攻關，中國科學技術大學潘建偉院士團隊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，朝向獲得該模型低溫相圖、理解高溫超導機理邁出了重要的第一步，也全新打開了構建專用量子模擬機的大門。相關研究成果於7月10日在國際學術期刊《自然》發表。

《澎湃新聞》報導，費米子哈伯德模型是晶格中電子運動規律的最簡化模型，被認爲是有希望解釋高溫超導機理這一困擾物理學界近40年難題的核心物理模型。一旦理解其物理機制，就能夠規模化地設計、生產和應用新型的高溫超導材料，在電力傳輸、醫學、超級電腦等領域產生變革性影響。

潘建偉院士指出，量子計算爲求解若干經典電腦難以勝任的難題提供了全新的方案。國際學術界爲量子電腦的發展設定了3個階段：

一是對特定問題的計算能力超越經典超級電腦，實現「量子計算優越性」。隨着美國谷歌公司「懸鈴木」以及中國科大「九章」系列、「祖沖之號」系列量子電腦原型機的實現，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電腦。

中國科學技術大學陳宇翱教授介紹，反鐵磁相變指的是當系統溫度降低到某一臨界溫度以下時，材料突然從順磁性狀態（材料中電子的自旋方向無序排列）轉變爲電子自旋有序排列反鐵磁狀態。構建量子模擬器驗證包括摻雜條件下的反鐵磁相變，是實現能夠求解費米子哈伯德模型的專用量子模擬機的第一步，也是獲得該模型低溫相圖的重要基礎。

報導說，研究團隊經過多年研究，將盒型光勢阱和平頂光晶格技術相結合，實現了空間均勻的費米子哈伯德體系的絕熱製備，接觀察到了反鐵磁相變的確鑿證據，從而首次驗證了費米子哈伯德模型包括摻雜條件下的反鐵磁相變。

這一科研成果推進了對費米子哈伯德模型的理解，爲進一步求解該模型、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電腦無法勝任的重要科學問題上的巨大優勢。《自然》雜誌審稿人對該工作給予了高度評價，稱該工作「有望成爲現代科技的里程碑和重大突破」，「標誌着該領域向前邁出了重要的一步」。