跳动城乡网物理学家长期以来一直在研究用由量子粒子组成的计算机模拟量子粒子的想法。这正是于利希研究中心的科学家与斯洛文尼亚同事们共同完成的。
他们使用量子退火器模拟真实的量子材料，并表明量子退火器可以直接反映材料中电子的微观相互作用。
该成果是该领域的重大进步，展示了量子计算在解决复杂材料科学问题方面的实际适用性。此外，研究人员还发现了可以提高量子存储设备耐用性和能源效率的因素。该研究结果发表在《自然通讯》上。
20 世纪 80 年代初，理查德·费曼 (Richard Feynman) 曾问过，能否使用传统计算机精确模拟自然。他的回答是：不可能。世界由基本粒子组成，这些粒子由量子物理原理描述。计算中必须包含的变量呈指数增长，即使是最强大的超级计算机也难以应付。相反，费曼建议使用由量子粒子组成的计算机。凭借他的远见，费曼被许多人视为量子计算之父。
于利希研究中心的科学家与斯洛文尼亚机构的同事们现在证明，这一设想确实可以付诸实践。他们正在研究的应用是所谓的多体系统。这样的系统描述了大量相互作用的粒子的行为。
在量子物理学中，它们有助于解释超导或绝对零度下的量子相变等现象。在 0 开尔文温度下，当磁场等物理参数发生变化时，不会发生热涨落，而只会发生量子涨落。
斯洛文尼亚约瑟夫·斯特凡研究所的 Dragan Mihailović 解释说：“研究量子材料的一个挑战是定量测量和模拟多体系统的相变。”在这项研究中，科学家研究了量子材料 1T-TaS 2，这种材料有广泛的应用，包括超导电子器件和节能存储设备。
来自于利希超级计算中心的 Jaka Vodeb 描述了这种方法，“我们将系统置于非平衡状态，并通过实验和模拟观察了固态晶格中的电子在非平衡相变后如何重新排列。”
所有计算均使用 D-Wave 公司的量子退火器进行，该退火器集成到 Jülich 量子计算统一基础设施 JUNIQ 中。
研究人员成功地模拟了从温度驱动到噪声量子涨落主导的动力学的转变。此外，科学家还证明了量子退火器的量子比特互连可以直接反映量子材料中电子之间的微观相互作用。量子退火器中只有一个参数需要修改。结果与实验结果非常吻合。
但这项研究也有实际应用。例如，对基于 1T-TaS 2的存储设备的深入了解可以带来实用的量子存储设备，直接在量子处理单元 (QPU) 上实现。此类设备有助于开发节能电子设备，从而显著降低计算系统的能耗。
这项研究凸显了量子退火器在解决实际问题方面的潜力，为其在密码学、材料科学和复杂系统模拟等各个领域的更广泛应用铺平了道路。此外，这些发现对节能量子存储设备的开发具有直接影响。
