Квантовые симуляции впервые подтверждены экспериментами

Две независимые группы исследователей провели эксперименты, подтвердившие точность квантовых симуляций. Ученые сравнили данные, полученные на квантовых компьютерах, с результатами лабораторных измерений свойств твердых материалов, что открывает путь к созданию нового стандарта в материаловедении.

Эксперименты по рассеянию нейтронов, которые помогли подтвердить квантовые предсказания, были проведены в Национальной лаборатории Ок-Ридж, штат Теннесси

Источник: Национальная лаборатория Ок-Ридж

Исследователи впервые смогли напрямую сопоставить детальные квантовые симуляции с экспериментальными данными, полученными при изучении твердых материалов. Эксперименты проводились с целью сравнить данные измерений с расчетами на квантовых компьютерах, что критически важно для дальнейшего развития этой технологии.

Физики из стартапа Pasqal (Франция) под руководством Александра Дофина смоделировали магнитный материал, содержащий редкий элемент тулий. Кристалл обладает сложной структурой, где атомы не могут упорядочить свои магнитные ориентации. Для имитации физики использовался квантовый компьютер на нейтральных атомах, удерживаемых лазерными лучами. Применяя аналоговый подход, ученые рассчитали теплоемкость вещества и его реакцию на изменение магнитных полей.

Вторая команда из Университета Пердью во главе с Арнабом Банерджи сфокусировалась на материале из меди, фтора и калия. Используя цифровой метод моделирования на сверхпроводящем квантовом компьютере IBM, исследователи воспроизвели поведение материала при переходе в разные энергетические состояния. Им также удалось зафиксировать появление так называемых дробных электронов, когда частицы ведут себя коллективно, словно обладая лишь частью привычного магнетизма.

Результаты эксперимента по рассеянию нейтронов (слева) и моделирование эксперимента с помощью квантового компьютера IBM (справа)

Источник: Y.-T. Lee et al./ arXiv

Обе команды сверили свои прогнозы с результатами экспериментов по рассеянию нейтронов, которые позволяют увидеть скрытые особенности структуры материала. Согласно заявлениям ученых, полученные в ходе квантового моделирования данные продемонстрировали высокую степень совпадения с реальными лабораторными измерениями. Исследователи отмечают, что некоторые из проведенных вычислений уже выходят за рамки возможностей классических суперкомпьютеров.

Физики подчеркивают, что подобные перекрестные проверки с использованием реальных материалов, которые можно всесторонне проанализировать в лаборатории, имеют решающее значение. В будущем хорошо изученные эталонные материалы позволят верифицировать методы квантовых вычислений, чтобы исследователи могли доверять этим технологиям при моделировании веществ, которые еще не созданы в реальности.

Ранее ученые раскрыли секреты уникальных квазикристаллов.