Helios-1量子計算芯片
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量子計算公司 Quantinum 的研究人員使用新型 Helios-1 量子計算機來模擬長期用於研究超導性的數學模型。這些模擬不適用於傳統計算機，但這一進步為量子計算機成為材料科學的有用工具奠定了基礎。
超導體具有完美的導電效率，但它們只能在太低的溫度下工作，目前無法實用。幾十年來，物理學家一直試圖了解如何調整其結構以在室溫下工作，許多人認為答案來自稱為費米-哈伯德模型的數學框架。 Quantinum 表示，這種潛力使其成為所有凝聚態物理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-哈伯德模型進行非凡的模擬，但非常大的模型或其描述的材料在隨時間變化的情況下會遇到困難。量子計算機最終可能會運行得更好。現在，德雷爾和他的同事已經在量子計算機上運行了迄今為止最大規模的費米-哈伯德模型模擬。
他們使用了 Helios-1，它由 98 個由鋇離子製成的量子位組成，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切換量子位，然後通過測量其屬性來讀取輸出。他們的模擬包括 36 個稱為費米子的粒子，這是一種存在於真實超導體中的粒子，並通過費米-哈伯德模型進行數學描述。
為了使超導體發揮作用，費米子必須配對，實驗發現用激光撞擊材料有時可以啟動這種配對。量子團隊模擬了這種情況——他們用激光脈衝擊中量子位，然後測量產生的狀態，找到模擬粒子的成對信號。該模擬並未完全複製實驗，但它捕獲了動態過程，當涉及多個粒子時，這對於傳統計算機方法來說是困難的。
德雷爾的新實驗並不能嚴格證明 Helios-1 比所有傳統計算方法都具有優勢，但探索經典模擬方法使他的團隊相信量子計算機可以競爭。 “對於我們嘗試過的方法來說，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兩個小時，這在科學方面是一個很大的問號，”他說。換句話說，該團隊對經典計算時間的估計是如此之長，以至於很難與 Helios 的工作進行比較。
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解決費米子配對模擬以實現超導性，該團隊將他們的成功歸功於 Helios 硬件。 大衛·海耶斯Helios 表示，即使在 Quantum，量子位也非常可靠，並且在量子計算行業常見的基準測試任務中表現出色。在初步測試中，它可以繼續使用防錯量子位進行實驗，包括通過量子糾纏連接 94 個獨立的量子位，這是所有量子計算機中的記錄。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，但仍需要與最先進的經典計算機模擬進行仔細的基準比較。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，因此擁有一種新工具來研究它是令人興奮的。
當然，每個人都在猜測 Helios-1 所使用的方法何時會成為最佳傳統計算機的真正競爭者，因為仍有許多細節有待解決。 史蒂夫·懷特 在加州大學歐文分校。例如，他說，確保量子計算機模擬從正確的量子位屬性開始存在挑戰。儘管如此，懷特說，量子模擬可以成為經典模擬的補充，特別是對於材料的動態或變化行為。
“它們正在成為凝聚態物質（物理學）中有用的模擬工具，”他說。 “但它們仍處於早期階段，計算障礙仍然存在。”
建議： arXiv數字編號： 10.48550/arXiv.2511.02125
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