中國首次成功構(gòu)建超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的“天元”量子模擬器

中新社合肥7月11日電 (記者 吳蘭)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)(下稱“中國科大”)潘建偉、陳宇翱、姚星燦、鄧友金等人近日成功構(gòu)建了超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的“天元”量子模擬器，率先取得量子計(jì)算第二階段里程碑式進(jìn)展。

“天元”量子模擬器是首次實(shí)現(xiàn)超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的費(fèi)米子哈伯德模型的超冷原子量子模擬器。相關(guān)研究成果于7月10日在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》(Nature)上。

費(fèi)米子哈伯德模型量子模擬器示意圖。紅色和藍(lán)色的小球分別代表自旋相反的原子，它們在三維空間交錯排列，形成了反鐵磁晶體。原子被光晶格囚禁在玻璃真空腔中?！￡惱? 制圖。

國際學(xué)術(shù)界為量子計(jì)算的發(fā)展設(shè)定了三個階段。陳宇翱教授介紹，隨著美國谷歌公司“懸鈴木”以及中國科大“九章”系列、“祖沖之號”系列量子計(jì)算原型機(jī)的實(shí)現(xiàn)，“量子計(jì)算優(yōu)越性”的第一階段目標(biāo)已經(jīng)達(dá)到。

“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)問題是第二階段，也是當(dāng)前的主要研究目標(biāo)。”陳宇翱說，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)的第一步。在量子糾錯的輔助下實(shí)現(xiàn)通用容錯量子計(jì)算機(jī)則是第三階段目標(biāo)。

“光晶格中的超冷原子具有諸多優(yōu)勢，是最有希望構(gòu)建專用量子模擬機(jī)以求解費(fèi)米子哈伯德模型的體系之一?！币π菭N教授說，以往實(shí)驗(yàn)中光晶格強(qiáng)度的非均勻性和費(fèi)米原子制冷存在的困難，使得反鐵磁相變一直無法實(shí)現(xiàn)。

為了解決這些難題，研究團(tuán)隊(duì)在前期研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展了平頂光晶格技術(shù)，并通過精確調(diào)控相互作用強(qiáng)度、溫度和摻雜濃度，直接觀察到確鑿證據(jù)，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。

據(jù)介紹，該工作首次展現(xiàn)了量子模擬在解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法勝任的重要科學(xué)問題上的巨大優(yōu)勢。