新加坡國立大學(xué)(NUS)的研究人員利用數(shù)字量子計(jì)算機(jī)成功模擬了高階拓?fù)?HOT)晶格，精度達(dá)到了前所未有的水平。這些復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)可以幫助我們理解在各種技術(shù)應(yīng)用中備受追捧的具有穩(wěn)健量子態(tài)的先進(jìn)量子材料。
物質(zhì)的拓?fù)錉顟B(tài)及其HOT對應(yīng)物的研究引起了物理學(xué)家和工程師的極大關(guān)注。這種強(qiáng)烈興趣源于拓?fù)浣^緣體的發(fā)現(xiàn)——一種僅在表面或邊緣導(dǎo)電而內(nèi)部保持絕緣的材料。
由于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)獨(dú)特的數(shù)學(xué)性質(zhì)，沿邊緣流動的電子不會受到材料中存在的任何缺陷或變形的阻礙。因此，由此類拓?fù)洳牧现瞥傻脑O(shè)備在更強(qiáng)大的傳輸或信號傳輸技術(shù)方面具有巨大潛力。
由新加坡國立大學(xué)物理系助理教授LeeChingHua領(lǐng)導(dǎo)的研究小組利用多體量子相互作用，開發(fā)出一種可擴(kuò)展的方法，將代表實(shí)際拓?fù)洳牧系拇笮透呔SHOT晶格編碼到當(dāng)今數(shù)字量子計(jì)算機(jī)中的簡單自旋鏈中。他們的方法充分利用了量子計(jì)算機(jī)量子比特可以存儲的指數(shù)級信息量，同時以抗噪聲的方式最大限度地降低了量子計(jì)算資源需求。
此項(xiàng)進(jìn)展為利用數(shù)字量子計(jì)算機(jī)模擬先進(jìn)量子材料開辟了新方向，從而釋放了拓?fù)洳牧瞎こ痰男聺摿?。該?xiàng)研究成果已發(fā)表在《自然通訊》雜志上。
李教授表示：“目前在量子優(yōu)勢方面的突破性研究僅限于高度具體的定制問題。尋找量子計(jì)算機(jī)提供獨(dú)特優(yōu)勢的新應(yīng)用是我們工作的核心動機(jī)。”
李教授補(bǔ)充道：“我們的方法使我們能夠在量子計(jì)算機(jī)上探索拓?fù)洳牧系膹?fù)雜特征，其精度達(dá)到了以前無法達(dá)到的水平，即使對于存在于四維的假設(shè)材料也是如此。”
盡管目前噪聲較大的中尺度量子(NISQ)設(shè)備存在局限性，但得益于內(nèi)部開發(fā)的先進(jìn)誤差緩解技術(shù)，該團(tuán)隊(duì)能夠以前所未有的精度測量高階拓?fù)渚Ц竦耐負(fù)錉顟B(tài)動態(tài)和受保護(hù)的中隙光譜。這一進(jìn)步展示了當(dāng)前量子技術(shù)探索材料工程新前沿的潛力。
模擬高維HOT晶格的能力為量子材料和拓?fù)錉顟B(tài)開辟了新的研究方向，為未來實(shí)現(xiàn)真正的量子優(yōu)勢提供了一條潛在途徑。
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