超越經典電腦！陸首次成功構建「天元」量子模擬器

超越經典電腦！陸首次成功構建「天元」量子模擬器

位於安徽的大陸頂尖大學中國科學技術大學教授潘建偉、陳宇翱、姚星燦、鄧友金等人近日成功構建了超越經典電腦的「天元」量子模擬器，率先取得量子計算第二階段里程碑式進展。

「天元」量子模擬器是首次實現超越經典電腦「費米子哈伯德模型」的超冷原子量子模擬器。相關研究成果於7月10日線上發表在國際學術期刊《自然（Nature）》上。《自然》雜誌審稿人給予研究團隊高度評價，稱該工作「有望成為現代科技的里程碑和重大突破」；「標誌著該領域向前邁出了重要的一步」。

國際學界為量子計算的發展設定了3個階段性目標。陳宇翱表示，「量子計算優越性」的第一階段目標，已經隨著美國谷歌公司「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等而達成。

陳宇翱說，當前的主要研究目標是第二階段，以專用量子模擬機求解諸如「費米子哈伯德模型」這一類重要科學問題。因此構建量子模擬器驗證包括摻雜條件下的反鐵磁相變，是求解「費米子哈伯德模型」的專用量子類比機的第一步。在量子糾錯的輔助下實現通用容錯量子電腦，則是第三階段目標。

姚星燦說，光晶格中的超冷原子具有諸多優勢，是最有希望構建專用量子模擬機以求解「費米子哈伯德模型」的體系之一。以往實驗中光晶格強度的非均勻性和費米原子製冷有困難，使得反鐵磁相變一直無法實現。

為了解決這些難題，研究團隊在前期研究基礎上，進一步發展了平頂光晶格技術，並通過精確調控相互作用強度、溫度和摻雜濃度，直接觀察到確鑿證據，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，首次展現了量子類比在解決經典電腦無法勝任的重要科學問題上的巨大優勢。