7月10日，記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉、陳宇翱、姚星燦、鄧友金等學(xué)者成功構(gòu)建了求解費(fèi)米子哈伯德模型的超冷原子量子模擬器，以超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)的模擬能力首次驗(yàn)證了該體系中的反鐵磁相變，標(biāo)志著我國在量子計(jì)算研究領(lǐng)域的第二階段中取得里程碑式進(jìn)展。相關(guān)研究成果于當(dāng)日在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志上。

費(fèi)米子哈伯德量子模擬器示意圖（來源：中國科大）

據(jù)介紹，以高溫超導(dǎo)為代表的強(qiáng)關(guān)聯(lián)量子材料，因其科學(xué)價(jià)值和潛在的巨大經(jīng)濟(jì)效益，將極大地推動(dòng)未來科技的發(fā)展。然而，這些新型量子材料背后的物理機(jī)制尚不明確，難以實(shí)現(xiàn)有效可控的規(guī)?；苽浜蛻?yīng)用。

費(fèi)米子哈伯德模型是晶格中電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的最簡化模型，被認(rèn)為是可能描述高溫超導(dǎo)材料的代表性模型之一，但因該模型在二維和三維下沒有嚴(yán)格解析解，且計(jì)算復(fù)雜度非常高，即使是超級計(jì)算機(jī)也無法進(jìn)行有效的數(shù)值模擬，其研究一直面臨著巨大挑戰(zhàn)。國際學(xué)術(shù)界為量子計(jì)算的發(fā)展設(shè)定了三個(gè)階段，其中第二個(gè)階段就是實(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，這也是當(dāng)前的主要研究目標(biāo)。

此次潘建偉院士團(tuán)隊(duì)結(jié)合前期研究成果，實(shí)現(xiàn)了最低溫度的均勻費(fèi)米簡并氣體制備，滿足了實(shí)現(xiàn)反鐵磁相變所需要的低溫，并進(jìn)一步創(chuàng)造性地將盒型光勢阱和平頂光晶格技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了空間均勻的費(fèi)米子哈伯德體系的絕熱制備。

在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)通過精確調(diào)控相互作用強(qiáng)度、溫度和摻雜濃度，成功構(gòu)建出求解費(fèi)米子哈伯德模型的超冷原子量子模擬器，直接觀察到反鐵磁相變的確鑿證據(jù)——自旋結(jié)構(gòu)因子在相變點(diǎn)附近呈現(xiàn)冪律的臨界發(fā)散現(xiàn)象，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。

該工作推進(jìn)了對費(fèi)米子哈伯德模型的理解，不僅是理解高溫超導(dǎo)機(jī)理的有效途徑，也是量子計(jì)算研究的重大突破。

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合肥通客戶端—合報(bào)全媒體記者 劉小容