近来，我国科学技能大学（以下简称我国科大）潘建伟院士和陈宇翱、姚星灿、邓友金教授等人成功构建了求解费米子哈伯德模型的超冷原子量子模仿器，以逾越经典核算机的模仿才能初次验证了该系统中的反铁磁相变，向获得费米子哈伯德模型的低温相图、了解量子磁性在高温超导机理中的效果迈出了重要的第一步。7月10日，相关研讨效果在线发表于《天然》。
论文通讯作者潘建伟标明：“此次效果展现了量子模仿器逾越经典核算机的才能，是我国在量子核算研讨的第二个阶段中获得的里程碑式的展开。”
《天然》审稿人对该作业给予了高度评价，称该作业“有望成为现代科技的里程碑和重大打破”“标志着该范畴向前迈出了重要的一步”“是试验的创作，是期待已久的成果”。
哈伯德模型由英国物理学家约翰·哈伯德于1963年提出，是描绘晶格中电子运动规则的最简化模型。因为电子是费米子，因而又称为费米子哈伯德模型。
费米子哈伯德模型很简单，却可以解说很多试验现象。尤其是1987年铜氧化物高温超导资料发现以来，该模型被认为是有期望解说高温超导机理这一困扰物理学界近40年难题的中心物理模型。
“一旦咱们了解了高温超导的物理机制，就可以规模化规划、出产和使用新式高温超导资料，在电力传输、医学、超算等范畴发生革新性影响。”论文通讯作者陈宇翱说。
但求解费米子哈伯德模型一向面对巨大应战：一是该模型在二维和三维下没有严厉解析解；二是核算杂乱度非常高，即便是经典超级核算机也没有方法进行有用的数值模仿。
有多杂乱？“假如使用经典核算模仿300个电子的运动规则，需求的存储空间将到达2^300量级，逾越已知世界中原子数意图总和。”陈宇翱解说说。
世界学术界把量子核算的展开分为3个阶段：一是完结“量子核算优越性”，即量子核算机对特定问题的核算才能逾越经典超级核算机。跟着美国谷歌公司“悬铃木”以及我国科大“九章”系列、“祖冲之号”系列量子核算原型机的完结，这一阶段的方针已到达。二是完结专用量子模仿机，可以求解比如费米子哈伯德模型这一类重要科学问题，这是当时学术界的首要研讨方针。三是在量子纠错的辅佐下完结通用容错量子核算机。
“需求指出的是，理论研讨标明，即便选用通用量子核算机也难以准确求解费米子哈伯德模型。”陈宇翱说，因而，构建可以求解该模型的专用量子模仿机，不仅是了解高温超导机理的有用途径，也是量子核算研讨的重大打破。
构建量子模仿器验证包含掺杂条件下的反铁磁相变，是完结可以求解费米子哈伯德模型的专用量子模仿机的第一步。
“反铁磁相变指的是当系统温度降低到某一临界温度——又称奈尔温度以下时，资料忽然从顺磁性状况，即资猜中电子的自旋方向无序摆放，转变为电子自旋有序交织摆放的反铁磁状况。”论文通讯作者姚星灿介绍。
光晶格中的超冷原子具有系统纯洁，原子间相互效果强度、隧穿速率及掺杂浓度可准确调控等许多优势，是最有期望构建专用量子模仿机求解费米子哈伯德模型的系统之一。
姚星灿说，构建超冷原子量子模仿器来准确求解费米子哈伯德模型有三大难点：首要，要树立空间强度散布均匀的光晶格系统，保证费米子哈伯德模型的参数在大尺度上保持共同。其次，系统温度有必要降低到足够低。因为费米子哈伯德模型在低温下的相图非常丰厚，只要将温度降到低于奈尔温度，反铁磁相变才或许会出现。最终，要展开新式丈量手法，对量子模仿器完结的状况进行准确表征，以此来完结对费米子哈伯德模型的准确求解。
在以往试验中，因为光晶格强度的非均匀性和费米原子制冷存在困难，一向没方法完结反铁磁相变。
为处理上述难题，潘建伟、陈宇翱、姚星灿研讨团队在前期完结盒型光势阱中的均匀费米超流的基础上，逐渐降低了盒型光势阱的强度噪声，并结合机器学习优化技能，完结了最低温度的均匀简并费米气体制备，满意了完结反铁磁相变的低温要求。
进一步，研讨团队创造性地将盒型光势阱和平顶光晶格技能相结合，完结了空间均匀的费米子哈伯德系统的绝热制备。
姚星灿介绍：“这个系统包含大约80万个格点，比现在干流试验的几十个格点提高了约4个数量级，且系统具有共同的哈密顿量参数，温度显着低于奈尔温度。”
在此基础上，研讨团队经过准确调控相互效果强度、温度和掺杂浓度，直接观察到反铁磁相变的确凿证据——自旋结构因子在相变点邻近出现幂律的临界发散现象，然后初次验证了费米子哈伯德模型在包含掺杂条件下的反铁磁相变。
陈宇翱介绍，他们将费米子哈伯德模型的研讨方案分为3个阶段。此次研讨完结的是第一阶段方针，即完结反铁磁相变。第二阶段则是在三维光晶格中完结费米子单带超流。现在这一研讨正在展开，其试验难度更大，而且理论预言缺少共同性。第三阶段是经过量子态的绝热演化技能完结对反铁磁态的掺杂，在相似高温超导资料的参数条件下，研讨量子磁性在高温超导机理中的效果。这一阶段的研讨难度最大、不知道程度最高。
