超冷原子量子模拟器成功验证费米子哈伯德模型

中国科学家量子计算领域再获重大突破：超冷原子量子模拟器成功验证费米子哈伯德模型

在科技日新月异的今天，中国科学家再次在国际舞台上大放异彩。7月10日，国际顶级学术期刊《自然》杂志刊登了一项来自中国科学技术大学（USTC）的突破性研究成果——由潘建伟、陈宇翱、姚星灿、邓友金等领衔的团队成功构建了能够求解费米子哈伯德模型的超冷原子量子模拟器，并首次在实验上验证了该模型中的反铁磁相变。这一成就不仅标志着中国在量子计算与量子模拟领域迈出了坚实的一步，更为探索高温超导机理、推动强关联量子材料研究开辟了新的道路。

费米子哈伯德模型，作为物理学中一个极其重要的理论框架，自1963年由英国物理学家约翰·哈伯德提出以来，一直是理解电子在晶格中行为、特别是高温超导现象的关键。然而，由于该模型计算复杂度极高，传统的超级计算机难以胜任其模拟任务，即便是未来可能实现的通用量子计算机也面临巨大挑战。因此，开发专用的量子模拟机成为解决这一难题的关键路径。

中国科学技术大学的这项研究正是沿着这一方向迈出了重要一步。研究团队利用超冷原子技术，构建了一个高度可控的量子系统，通过精确操控原子间的相互作用，成功模拟了费米子哈伯德模型中的关键物理过程，并首次在实验上观察到了反铁磁相变现象。这一发现不仅验证了理论预测的正确性，更为后续深入研究高温超导机理提供了宝贵的实验平台和数据支持。

陈宇翱教授在接受第一财经记者采访时表示，这项研究不仅具有重要的科学价值，更蕴含着巨大的潜在经济效益。他指出，高温超导材料作为未来科技的重要方向，一旦实现规模化制备和应用，将在电力传输、医疗、超算等多个领域引发革命性变革。而此次研究成果的取得，正是向这一目标迈出的重要一步。

姚星灿教授进一步解释了量子模拟的重要性。他指出，量子模拟是利用可控的量子系统来模拟其他复杂量子系统的过程，是解决经典计算无法胜任的重要科学问题的有效途径。在高温超导材料研究中，只有深入理解其背后的物理机制，才能有望实现规模化制备和应用。而此次成功构建的超冷原子量子模拟器，正是实现这一目标的关键工具之一。

值得注意的是，中国科学技术大学在量子计算领域已经取得了一系列重要成果。从“九章”系列到“祖冲之号”系列量子计算原型机的成功构建，再到此次量子模拟器的重大突破，中国科学家在量子计算研究的道路上不断攀登新的高峰。潘建伟院士表示，“十四五”期间，中国将致力于构建完整的天地一体广域量子通信网络技术体系，并力争造出真正“有用”的专用量子模拟机，为实现通用量子计算机奠定坚实基础。

面对未来激烈的国际竞争，潘建伟院士充满信心。他表示，结合国家实验室建设，中国将集中全国力量攻克量子计算机关键技术，突破国外封锁，力争在量子科技领域走在世界前列。他预测，在未来5至10年内，中国将能够造出几台解决材料设计、化学研究、物理研究等需求的专用量子计算机，为科技进步和社会发展注入新的动力。

总之，中国科学技术大学在量子计算与量子模拟领域的这一重大突破，不仅展示了中国科学家在基础科学研究方面的深厚实力和创新能力，更为推动高温超导等前沿科技领域的发展提供了有力支撑。随着量子技术的不断发展和应用推广，我们有理由相信，中国将在全球科技竞争中占据更加重要的地位，为人类文明进步作出更大贡献。

来源：综合新华社 第一财经等媒体报道