量子计算机模拟超导现象取得重大进展

快速阅读: 量子计算公司Quantinuum利用新开发的Helios-1量子计算机，成功模拟了费米-哈伯德模型，展示了量子计算机在材料科学研究上的潜力，特别是对于超导体研究，有望解决传统计算机难以处理的问题。

量子计算公司Quantinuum的研究人员利用新开发的Helios-1量子计算机，模拟了一个长期用于研究超导性的数学模型。虽然这些模拟在传统计算机上也能实现，但这一进展为量子计算机成为材料科学的有用工具奠定了基础。

据报道，超导体能以完美的效率导电，但目前只能在极低温度下工作，这使得它们难以实际应用。数十年来，物理学家一直在探索如何通过调整其结构使超导体在室温下运行，而许多人认为答案可能来自费米-哈伯德模型这一数学框架。该模型在凝聚态物理学中具有重要地位，Quantinuum的亨里克·德雷尔（Henrik Dreyer）表示。

传统计算机能够运行费米-哈伯德模型的优秀模拟，但在处理非常大的样本或描述随时间变化的材料时遇到困难。量子计算机有望最终在这方面做得更好。现在，德雷尔和他的同事们已经在量子计算机上完成了迄今为止最大规模的费米-哈伯德模型模拟。

他们使用了拥有98个钡离子量子位的Helios-1，每个量子位都通过激光和电磁场控制。为了运行模拟，研究人员通过一系列量子状态操纵量子位，然后通过测量它们的属性读取输出。他们的模拟包含了36个费米子，这是真实超导体中存在的粒子类型，也是由费米-哈伯德模型描述的。

为了使超导体工作，费米子必须配对，实验发现这种配对有时可以通过激光照射材料来引发。Quantinuum团队模拟了这一情景——他们向量子位发射激光脉冲，然后测量结果状态，发现了模拟粒子配对的迹象。尽管模拟并未完全复制实验结果，但它捕捉到了一个动力学过程，这在传统计算机方法应用于超过少数几个粒子时是难以实现的。

德雷尔表示，这项新实验并非严格证明Helios-1在所有传统计算方法中都具有优势，但对经典模拟方法的探索使他的团队相信，量子计算机可以与之竞争。“对于我们尝试的方法，很难可靠地获得相同的结果，量子计算机只需要几小时，而传统计算的时间则是一个大问号。”换句话说，团队估计的经典计算时间远长于Helios的工作时间，以至于难以确定两者何时能达到相当水平。

其他量子计算机尚未进行过模拟费米子配对以实现超导性的实验，Quantinuum团队将成功归功于Helios的硬件。该公司的大卫·海耶斯（David Hayes）说，Helios的量子位极其可靠，在量子计算行业常见的基准测试任务中表现出色。初步测试显示，它还能支持错误校正量子位的实验，包括通过量子纠缠连接94个这样的特殊量子位，创造了所有量子计算机中的记录。未来模拟中使用这类量子位可能会提高准确性。

加州哈维穆德学院的爱德华多·伊巴拉·加西亚·帕迪拉（Eduardo Ibarra García Padilla）认为，新成果很有前景，但仍需与最先进的经典计算机模拟仔细对比。他说，自1960年代以来，费米-哈伯德模型就引起了物理学家的极大兴趣，因此拥有新的研究工具有着重要意义。

加州大学欧文分校的史蒂夫·怀特（Steve White）表示，具体何时量子计算方法能真正与最佳的传统计算机相匹敌还是未知数，因为还有许多细节需要解决。例如，确保量子计算机模拟从正确的量子位属性开始就是一个挑战。然而，怀特认为量子模拟可以与经典模拟互补，尤其是在材料的动态或变化行为方面。

“它们正在成为凝聚态物理学中有用的模拟工具，”他说，“但它们仍处于早期阶段，还面临着计算障碍。”参考文献：arXiv, DOI: 10.48550/arXiv.2511.02125。主题：量子计算。

(以上内容均由Ai生成)