記者7月10日從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉、陳宇翱、姚星燦、鄧友金等學者成功構建了求解費米子哈伯德模型的超冷原子量子模擬器，以超越經典計算機的模擬能力首次驗證了該體系中的反鐵磁相變，標志著我國在量子計算研究領域的第二階段中取得里程碑式進展。相關研究成果于當日在線發表在國際學術期刊《自然》雜志上。

量子模擬實驗過程示意視頻以高溫超導為代表的強關聯量子材料，因其科學價值和潛在的巨大經濟效益，將極大地推動未來科技的發展。然而，這些新型量子材料背后的物理機制尚不明確，難以實現有效可控的規模化制備和應用。

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

量子計算為求解若干經典計算機難以勝任的難題提供了全新路徑。國際學術界為量子計算的發展設定了三個階段：一是對特定問題的計算能力超越經典超級計算機，實現“量子計算優越性”，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，這一里程碑已達到；二是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，這是當前的主要研究目標；三是在量子糾錯的輔助下實現通用容錯量子計算機。

費米子哈伯德量子模擬器示意圖。中國科大供圖

此次潘建偉院士團隊結合前期研究成果，實現了最低溫度的均勻費米簡并氣體制備，滿足了實現反鐵磁相變所需要的低溫，并進一步創造性地將盒型光勢阱和平頂光晶格技術相結合，實現了空間均勻的費米子哈伯德體系的絕熱制備。在此基礎上，研究團隊通過精確調控相互作用強度、溫度和摻雜濃度，成功構建出求解費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——自旋結構因子在相變點附近呈現冪律的臨界發散現象，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。

該工作推進了對費米子哈伯德模型的理解，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。

安徽日報記者  陳婉婉