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2024年07月11日
【中国日报网】中国科大又取得量子计算重大进展超冷原子量子模拟器“天元”诞生

中国日报网合肥7月11日电(记者 朱立新)记者从中国科学技术大学了解到,该校潘建伟、陈宇翱、姚星灿、邓友金等科学家成功构建了求解费米子哈伯德模型的超冷原子量子模拟器“天元”,以超越经典计算机的模拟能力首次验证了该体系中的反铁磁相变,朝向获得费米子哈伯德模型的低温相图、理解量子磁性在高温超导机理中的作用迈出了重要的第一步。相关研究成果于7月10日在线发表在国际学术期刊《自然》杂志上。

据了解,以高温超导为代表的强关联量子材料将极大地推动未来科技的发展,拥有巨大的科学价值和潜在的经济价值。

据中国科学技术大学物理学院执行院长陈宇翱教授介绍,费米子哈伯德模型是晶格中电子运动规律的最简化模型,被认为是可能描述高温超导材料的代表性模型之一,但其研究一直面临着巨大挑战:一方面,该模型在二维和三维下没有严格解析解;另一方面,计算复杂度非常高,即使是超级计算机也无法进行有效的数值模拟。

由于这些新型量子材料背后的物理机制尚不明确,目前难以实现有效可控的规模化制备和应用,而量子计算为求解若干经典计算机难以胜任的计算难题提供了全新的方案。

国际学术界为量子计算的发展设定了三个阶段:一是对特定问题的计算能力超越经典超级计算机,实现“量子计算优越性”。随着美国谷歌公司“悬铃木”以及中国科大“九章”系列、“祖冲之号”系列量子计算原型机的实现,这一阶段的目标已达到;二是实现专用量子模拟机以求解诸如费米子哈伯德模型这一类重要科学问题,这是当前的主要研究目标;三是在量子纠错的辅助下实现通用容错量子计算机。

值得指出的是,理论研究表明,即使采用通用量子计算机也难以准确求解费米子哈伯德模型。因此,构建可以求解该模型的量子模拟机,不仅是理解高温超导机理的有效途径,也是量子计算研究的重大突破。

该工作推进了对费米子哈伯德模型的理解,为进一步求解该模型、获取其低温相图奠定了基础,也首次展现了量子模拟在解决经典计算机无法胜任的重要科学问题上的巨大优势。《自然》杂志审稿人对该工作给予了高度评价,称该工作“有望成为现代科技的里程碑和重大突破”“标志着该领域向前迈出了重要的一步”“是实验的杰作,是期待已久的成就”。

据该团队科学家介绍,“天元”是我国在宋元时期发展起来的符号代数,将未知数设为“天元一”,用算筹列出矩阵式方程,通过运算求解,得出结果。这套被称为“天元术”的运算方法当时在世界上也是领先的。在中国围棋中,棋盘正中央的星位也被称为“天元”。

来源:中国日报网 2024-07-11 13:20

原文链接:https://cn.chinadaily.com.cn/a/202407/11/WS668f6b98a3107cd55d26ad88.html

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