量子科技中心_量科网

费曼最初提出量子计算机的构想，就是用于模拟量子多体系统的时域动力学行为——这一需求源于电子间量子相互作用对材料与分子特性的关键影响。对这类系统的精确模拟至今仍是通用数字量子计算机最具前景的应用方向之一，因其可编程调整模型所有参数并输出任意目标物理量。然而要在现有量子计算机上实现超越经典方法规模的模拟，仍需提升模拟算法效率与误差缓解技术。本研究团队展示了二维费米-哈伯德模型（晶体固体中电子行为最著名的简化模型之一）的可编程数字量子模拟，其规模已突破经典精确模拟极限。研究人员在谷歌Willow量子处理器的72个量子比特上，实现了该模型在6×6晶格尺寸下的动态模拟，覆盖了电子间相互作用强度、磁通量等多种物理参数，并观测到磁极化子形成（即电荷载流子被局域磁极环绕）、条纹有序态中的动态对称性破缺、价键固体纠缠态上电荷载流子的相互吸引，以及通过热化趋于平衡等现象。研究团队在可精确计算的参数范围内验证了结果，并与采用张量网络和算子传播方法的经典近似模拟进行对比。该工作证明，多体相互作用电子模型的可编程数字量子模拟在当前最先进量子硬件上已具备实际竞争力。