中新社合肥7月11日電 (記者 吳蘭)中國科學技術大學(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建了超越經典計算機的“天元”量子模擬器，率先取得量子計算第二階段里程碑式進展。
“天元”量子模擬器是首次實現超越經典計算機的費米子哈伯德模型的超冷原子量子模擬器。相關研究成果于7月10日在線發表在國際學術期刊《自然》(Nature)上。
費米子哈伯德模型量子模擬器示意圖。紅色和藍色的小球分別代表自旋相反的原子，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。 陳磊 制圖。國際學術界為量子計算的發展設定了三個階段。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”系列量子計算原型機的實現，“量子計算優越性”的第一階段目標已經達到。
“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是第二階段，也是當前的主要研究目標。”陳宇翱說，因此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。在量子糾錯的輔助下實現通用容錯量子計算機則是第三階段目標。
“光晶格中的超冷原子具有諸多優勢，是最有希望構建專用量子模擬機以求解費米子哈伯德模型的體系之一。”姚星燦教授說，以往實驗中光晶格強度的非均勻性和費米原子制冷存在的困難，使得反鐵磁相變一直無法實現。
為了解決這些難題，研究團隊在前期研究基礎上，進一步發展了平頂光晶格技術，并通過精確調控相互作用強度、溫度和摻雜濃度，直接觀察到確鑿證據，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。
據介紹，該工作首次展現了量子模擬在解決經典計算機無法勝任的重要科學問題上的巨大優勢。(完)