中國科大里程碑式進(jìn)展

以高溫超導(dǎo)為代表的強(qiáng)關(guān)聯(lián)量子材料，因其科學(xué)價(jià)值和潛在的巨大經(jīng)濟(jì)效益，將極大地推動(dòng)未來科技的發(fā)展。然而，這些新型量子材料背后的物理機(jī)制尚不明確，難以實(shí)現(xiàn)有效可控的規(guī)模化制備和應(yīng)用。

費(fèi)米子哈伯德模型是晶格中電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的最簡化模型，被認(rèn)為是可能描述高溫超導(dǎo)材料的代表性模型之一，其研究一直面臨著巨大挑戰(zhàn)：一方面，該模型在二維和三維下沒有嚴(yán)格解析解；另一方面，計(jì)算復(fù)雜度非常高，即使是超級(jí)計(jì)算機(jī)也無法進(jìn)行有效的數(shù)值模擬。

三是在量子糾錯(cuò)的輔助下實(shí)現(xiàn)通用容錯(cuò)量子計(jì)算機(jī)。

此次潘建偉院士團(tuán)隊(duì)結(jié)合前期研究成果，實(shí)現(xiàn)了最低溫度的均勻費(fèi)米簡并氣體制備，滿足了實(shí)現(xiàn)反鐵磁相變所需要的低溫，并進(jìn)一步創(chuàng)造性地將盒型光勢(shì)阱和平頂光晶格技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了空間均勻的費(fèi)米子哈伯德體系的絕熱制備。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)通過精確調(diào)控相互作用強(qiáng)度、溫度和摻雜濃度，成功構(gòu)建出求解費(fèi)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(jù)——自旋結(jié)構(gòu)因子在相變點(diǎn)附近呈現(xiàn)冪律的臨界發(fā)散現(xiàn)象，從而首次驗(yàn)證了費(fèi)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(jìn)了對(duì)費(fèi)米子哈伯德模型的理解，不僅是理解高溫超導(dǎo)機(jī)理的有效途徑，也是量子計(jì)算研究的重大突破。