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中国首次实现!超越经典计算机量子模拟器:与高温超导有关

发布时间:2024-07-11 01:02:14

本站7月11日消息,据中国科学技术大学官网介绍,中国科学技术大学潘建伟院士团队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,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。

该突破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。


“天元”量子模拟器示意。红色和蓝色的小球分别代表自旋相反的原子,它们在三维空间交错排列,形成了反铁磁晶体。原子被光晶格囚禁在玻璃真空腔中。

据介绍,费米子哈伯德模型是晶格中电子运动规律的最简化模型,被认为是有希望解释高温超导机理这一困扰物理学界近四十年难题的核心物理模型。

一旦理解其物理机制,就能够规模化地设计、生产和应用新型的高温超导材料,在电力传输、医学、超算等领域产生变革性影响。

潘建伟院士介绍,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。

此次潘建伟院士团队结合前期研究成果,实现了最低温度的均匀费米简并气体制备,满足了实现反铁磁相变所需要的低温。

并进一步创造性地将盒型光势阱和平顶光晶格技术相结合,实现了空间均匀的费米子哈伯德体系的绝热制备。

在此基础上,研究团队通过精确调控相互作用强度、温度和掺杂浓度,成功构建出求解费米子哈伯德模型的超冷原子量子模拟器,直接观察到反铁磁相变的确凿证据——自旋结构因子在相变点附近呈现幂律的临界发散现象。

从而首次验证了费米子哈伯德模型包括掺杂条件下的反铁磁相变。

该工作推进了对费米子哈伯德模型的理解,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。

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