據(jù)中國科大新聞網(wǎng)報道，中國科學技術(shù)大學潘建偉、陳宇翱、姚星燦、鄧友金等人成功構(gòu)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(jīng)典計算機的模擬能力首次驗證了該體系中的反鐵磁相變，朝向獲得費米子哈伯德模型的低溫相圖、理解量子磁性在高溫超導機理中的作用邁出了重要的第一步。

相關(guān)研究成果于 7 月 10 日在線發(fā)表在國際學術(shù)期刊《自然》雜志上。

費米子哈伯德模型是晶格中電子運動規(guī)律的最簡化模型，被認為是可能描述高溫超導材料的代表性模型之一，但其研究一直面臨著巨大挑戰(zhàn)：

一方面，該模型在二維和三維下沒有嚴格解析解；

另一方面，計算復雜度非常高，即使是超級計算機也無法進行有效的數(shù)值模擬。

量子計算為求解若干經(jīng)典計算機難以勝任的計算難題提供了全新的方案。國際學術(shù)界為量子計算的發(fā)展設(shè)定了三個階段：

一是對特定問題的計算能力超越經(jīng)典超級計算機，實現(xiàn)“量子計算優(yōu)越性”。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(xiàn)，這一階段的目標已達到；

二是實現(xiàn)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(xiàn)通用容錯量子計算機。

值得指出的是，理論研究表明，即使采用通用量子計算機也難以準確求解費米子哈伯德模型。因此，構(gòu)建可以求解該模型的量子模擬機，不僅是理解高溫超導機理的有效途徑，也是量子計算研究的重大突破。

▲ 圖源中國科學技術(shù)大學公眾號

據(jù)介紹，中國科學技術(shù)大學的工作推進了對費米子哈伯德模型的理解，為進一步求解該模型、獲取其低溫相圖奠定了基礎(chǔ)，也首次展現(xiàn)了量子模擬在解決經(jīng)典計算機無法勝任的重要科學問題上的巨大優(yōu)勢。

《自然》雜志審稿人對該工作給予了高度評價，稱該工作：

“有望成為現(xiàn)代科技的里程碑和重大突破（...which could become a notable milestone for modern science and technology and a major breakthrough）”；

“標志著該領(lǐng)域向前邁出了重要的一步（…marks an important step forward for the field）”；

“是實驗的杰作，是期待已久的成就（…is an experimental tour de force. This is a long-awaited achievement）”。

該項研究獲得了科技部、國家自然科學基金委、中國科學院、安徽省、上海市和新基石科學基金會等的支持。