河北
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長期以來，量子計算機被寄希望于解決復雜任務，例如預測化學反應或破解加密文本。然而，這些機器尚未實現這一潛力，主要原因之一是其錯誤率居高不下。
現在，物理學家首次將在量子計算機上完成的詳細模擬結果，與從固體材料實驗中收集的實驗數據進行了匹配。這表明，量子模擬的結果如何能夠通過真實世界的數據進行驗證。
這一成果由兩個研究團隊獨立取得，其中一項研究來自巴黎量子計算初創公司 Pasqal 等機構，另一項研究則來自伊利諾伊大學厄巴納 - 香檳分校、普渡大學、IBM 等。
論文 1 地址：https://arxiv.org/abs/2603.20372
論文 2 地址：https://arxiv.org/abs/2603.15608
兩項研究均將量子計算機的預測與有關材料特性的實驗數據進行了對比驗證，我們來看下這兩項研究的研究內容。
研究 1：
低維材料由于量子漲落的增強而表現出奇異性質，這使得理解其微觀起源成為凝聚態物理學的核心問題。模擬量子模擬器（Analogue quantum simulators）為在微觀層面研究這些系統提供了有力手段，尤其是在量子糾纏限制經典數值方法適用性的大尺度區域。
然而，迄今為止，模擬量子模擬器主要集中于通用哈密頓量，而非針對具體材料的定量比較。
量子計算初創公司 Pasqal 聯合美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室、佛羅里達州立大學等模擬了一種含有稀有元素銩的磁性材料。該材料具有一種晶體結構，其中原子無法以有序方式排列其磁取向，此前理論預測它存在復雜的量子相互作用模式。
為了模擬這種晶體的物理特性，研究團隊使用了 Pasqal 公司的一款「中性原子」量子計算機，該計算機通過「光鑷」技術用激光束捕獲單個原子，并將信息編碼在原子的量子態中。
該研究從量子模擬器獲得的磁化強度測量結果與在磁性實驗室設施中獨立進行的測量高度吻合，從而驗證了所提出的有效二維微觀哈密頓量。
研究 2：
類似地，來自伊利諾伊大學厄巴納 - 香檳分校、普渡大學、IBM 等機構的研究團隊模擬了一種由銅、氟和鉀構成的材料，這種材料同樣含有磁取向無序的原子，并且也被預測存在復雜的量子相互作用模式。
該研究在 IBM 量子計算機上實施了一種名為「數字量子模擬」的方案，信息存儲在金屬的超導環路中，而非單個原子上。
研究團隊模擬了該材料在被激發到一系列能量狀態時的響應，以及「分數化」電子的出現。
該研究使用多種指標將模擬得到的能譜與實驗測量結果進行基準比較，突顯了電路深度和電路保真度對模擬精度的影響。
這項工作建立了一個框架，用于計算在強糾纏和長程相互作用這一經典方法難以處理的區域中量子材料的動力學結構因子，從而使量子模擬能夠直接與實驗室測量結果進行對比驗證。
未來，研究人員希望，量子計算機能夠用作虛擬實驗室，為包括藥物在內的下一代材料與化學品的研發提供指導。
參考內容：https://www.nature.com/articles/d41586-026-00959-1
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