Helios-1量子計算芯片
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量子計算公司 Quantinuum 的研究人員使用新型 Helios-1 量子計算機來模擬長期以來用於研究超導性的數學模型。這些模擬對於傳統計算機來說是很容易實現的，但這一成就為量子計算機成為材料科學中的有用工具奠定了基礎。
超導體以理想的效率導電，但目前它們只能在太低的溫度下工作而無法實用。幾十年來，物理學家一直試圖找出如何調整其結構，使其在室溫下工作，許多人相信答案可以在稱為費米-哈伯德模型的數學結構中找到。 Quantinuum 發言人表示，這種潛力使其成為所有凝聚態物理學中最重要的模型之一。 亨里克·德雷爾。
傳統計算機可以對費米-哈伯德模型進行特殊模擬，但難以處理非常大的樣本或它所描述的材料隨時間變化的情況。量子計算機最終有潛力取得更多成就。現在，德雷爾和他的同事已經在量子計算機上對費米-哈伯德模型進行了迄今為止最大規模的模擬。
他們使用了 Helios-1，它有 98 個由鋇離子組成的量子位，每個量子位都由激光和電磁場控制。為了運行模擬，研究人員通過一系列量子態操縱量子位，然後讀取輸出，測量其屬性。他們的模擬包括 36 個稱為費米子的粒子，這些粒子正是真實超導體中存在的粒子類型，並由費米-哈伯德模型進行數學描述。
為了使超導體發揮作用，費米子必須形成對，實驗表明，有時可以通過將材料暴露在激光下來啟動這種配對。 Quantinuum 團隊模擬了這種情況：他們用激光脈衝撞擊量子位，然後測量產生的狀態，尋找模擬粒子配對的證據。模擬並沒有完全複製實驗，但它們捕獲了一個動態過程，當應用於多個粒子時，傳統計算機方法很難做到這一點。
德雷爾表示，新實驗並不能嚴格證明 Helios 1 比所有可能的傳統計算方法具有優勢，但研究經典模擬方法已經讓他的團隊相信量子計算機可以競爭。 “對於我們嘗試的方法來說，不可能可靠地獲得相同的結果，我們在量子計算機上花費了幾個小時的時間，而在經典方面卻打了一個大問號，”他說。換句話說，該團隊估計經典計算時間太長，很難說它們何時可以與 Helios 的工作相媲美。
捕獲的離子充當 Helios-1 芯片中的量子位
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目前還沒有其他量子計算機能夠模擬費米子配對來實現超導，該團隊將其成功歸功於 Helios 硬件。 大衛·海耶斯同樣來自 Quantinuum 的公司表示，Helios 量子位非常強大，並且擅長執行量子計算行業常見的基準測試任務。在初步測試中，它還可以支持防錯量子位的實驗，包括通過量子糾纏連接 94 個特殊量子位，這是任何量子計算機的記錄。在未來的模擬中使用此類量子位可以使它們更加準確。
愛德華多·伊瓦拉·加西亞·帕迪利亞 加利福尼亞州哈維穆德學院表示，新結果很有希望，但仍需要與現代經典計算機模擬進行仔細比較。他說，自 20 世紀 60 年代以來，費米-哈伯德模型一直引起物理學家的極大興趣，因此擁有一個新工具來研究它令人興奮。
他說，Helios 1 中使用的方法何時能夠成為最好的傳統計算機的真正競爭對手，誰也說不准，因為許多細節仍需要解決。 史蒂夫·懷特 在加州大學歐文分校。例如，他表示，從正確的量子位屬性集開始進行量子計算機模擬存在挑戰。然而，懷特表示，量子模擬可以作為經典模擬的補充，特別是對於材料的動態或變化行為。
“它們正在成為有用的凝聚態（物理）建模工具，”他說。 “但它們仍處於早期階段，計算障礙仍然存在。”
關聯： arXiv數字編號： 10.48550/arXiv.2511.02125
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