Квантов ключ към загадката на Хъбард: китайците откриха пътя към свръхпроводимостта

Учените са създали устройство за симулиране на движението на субатомните частици – задача, която е непосилна дори за най-мощните суперкомпютри.

Китайски изследователски екип е постигнал значителен успех в областта на квантовите изчисления, като е създал устройство, способно да моделира движението на електроните в твърдо тяло.

Работата, публикувана в списание Nature, демонстрира потенциала на квантовите компютри да надминат дори най-мощните суперкомпютри. Разбирането на поведението на електроните е от съществено значение за научния напредък, особено в областта на магнетизма и високотемпературните свръхпроводящи материали. Тези материали биха могли да доведат до революция в преноса на енергия и транспорта, което би довело до значителни икономии на енергия и технологичен напредък.

Изграждането на специализирани квантови симулатори, способни да решават сложни научни проблеми, е вторият етап от изследванията на квантовите изчисления в Китай. На този етап екип, ръководен от Пан Джианвей от Китайския университет за наука и технологии, се фокусира върху симулирането на фермионния модел на Хъбард. Този модел, предложен от британския физик Джон Хъбард през 1963 г., описва движението на електроните в кристалните решетки и е важен за обяснението на високотемпературната свръхпроводимост.

Въпреки важността си, моделът на Хъбард е изключително труден за моделиране. Не съществува точно решение за този модел в двуизмерното или триизмерното пространство и дори най-мощните суперкомпютри се затрудняват да изследват параметрите му поради високите изчислителни изисквания. Моделирането на движението на 300 електрона с помощта на класически компютри би изисквало капацитет на паметта, по-голям от общия брой на атомите във Вселената.

За да преодолее тези трудности, изследователският екип е използвал техники за машинно обучение в комбинация с предишна научна работа върху хомогенните фермионни свръхфлуиди. Това им позволи да създадат оптични решетки с равномерно разпределение на интензитета, да постигнат ултраниски температури и да разработят нови техники за измерване, за да характеризират прецизно състоянията на квантовия симулатор.

Изследването доведе до наблюдение на преминаване на материалите от парамагнитно към антиферомагнитно състояние, което може да задълбочи разбирането на механизмите на високотемпературната свръхпроводимост. Пълното разбиране на тези механизми ще даде възможност за увеличаване на мащаба на разработката, производството и приложението на нови високотемпературни свръхпроводящи материали, което може да доведе до революция в области като преноса на енергия, медицината и суперкомпютрите.

Този пробив представлява значителна крачка напред в изследванията на квантовите компютри и би могъл да допринесе значително за разработването на специализирани квантови симулатори за решаване на научни проблеми, надхвърлящи възможностите на класическите компютри.

Постигнатото от китайските учени наистина може да доведе до кардинални промени в редица научни и не само научни сфери, както и да окаже огромно влияние върху икономиката.