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《D-Wave公司Advantage量子计算系统模拟自旋玻璃动力学》

  • 来源专题：量子信息科技
  • 编译者： 于杰平
  • 发布时间：2023-06-27

  •  2023年4月19日，D-Wave公司与波士顿大学团队的合作研究表明，D-Wave公司5000量子比特的Advantage量子模拟机在解决自旋玻璃的3D优化问题方面性能明显高于经典系统，该工作展示了了迄今为止最大规模的可编程量子模拟器。

     这项最新研究是在目前商业化的Advantage量子模拟机上进行的。接下来，D-Wave将研究下一代产品：Advantage2。该系统正处于实验原型阶段，将是D-Wave的第六代量子计算硬件，预计完整系统将推出7000个量子比特。

    https://www.nature.com/articles/s41586-023-05867-2

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  • 《三维量子自旋液体动力学行为研究取得进展》
    • 来源专题：中国科学院亮点监测
    • 编译者：yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间：2018-08-01
    •         量子自旋液体是存在于量子阻挫磁性材料中的一种新型物质形态，其新奇之处在于量子自旋液体中的可以衍生出带有拓扑性质的分数化元激发，这些元激发往往具有一些非同寻常的物理性质。然而，由于其强关联、非微扰的特征，目前理论上对这些拓扑元激发的动力学特性认识甚少。最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心凝聚态理论与材料计算重点实验室万源副研究员、孟子杨副研究员，与中国科学技术大学的邓友金教授、研究生黄春炯合作，结合大规模量子蒙特卡洛模拟和量子场论的分析，在量子自旋液体动力学的理论研究上取得进展。 　　他们结合数值模拟和理论分析研究了量子自旋冰中拓扑元激发的动力学行为。量子自旋冰（如图1所示）是一类典型的三维量子自旋液体，其中的拓扑元激发包含衍生光子(emergent photon) 和自旋子 (spinon)。衍生光子的物理性质类似于量子电动力学中的光子，而自旋子则类似于电荷。他们运用大规模量子蒙特卡洛和随机解析延拓的方法首次直接、定量地刻画了一个模型自旋冰体系中这两类元激发的动力学特征（如图2所示）。在自旋激发谱函数这一实验可观测量中，衍生光子表现为无能隙的共振模式，而自旋子表现为有能隙且弥散的连续谱。这二者均直接证实了此前唯象场论的定性预言，而且可以直接和中子散射和核磁共振等实验结果进行直接对比。他们的数值计算和理论分析的结果，对目前正在快速发展之中的阻挫磁体和量子自旋液体、量子自旋冰等等领域的相关实验工作具有指导意义。 　　相关工作发表在最近一期的《物理评论快报》上（Phys. Rev. Lett. 120, 167202 (2018))。这项工作得到了科技部重点研发计划2016YFA0300502、2016YFA0301604，自然科学基金委项目11421092、11574359、11625522、11674370, 中国科学院先导培育项目 XDPB083 的支持。量子蒙特卡洛模拟所需的大规模的并行计算在中国科学院物理所量子模拟科学中心和天津国家超算中心天河1号平台上完成，计算过程中得到了天津国家超算中心孟祥飞博士、赵洋工程师等人的有力配合，在此一并感谢。
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  • 《中国科学技术大学在量子模拟实验中观测到“弦断裂”现象》
    • 编译者：李晓萌
    • 发布时间：2025-09-29
    • 中国科学技术大学潘建伟、苑震生等首次使用超冷原子光晶格系统实现了对格点规范理论中“弦断裂”（String Breaking）现象的量子模拟，为理解强相互作用体系中的禁闭行为与相变机制提供了重要的实验依据。研究成果以“编辑推荐”（Editors' Suggestion）形式发表于国际学术期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）上，并被美国物理学会《物理》（Physics）杂志以“Ultracold Atoms Simulate Breaking Flux Strings”为题作为研究亮点专门报道。 规范理论是现代物理学的核心框架，不仅是描述基本粒子相互作用的基础，也广泛应用于理解凝聚态物理中的各类强关联多体现象。在高度可控的冷原子量子模拟平台上实现对规范理论的模拟，不仅能基于第一性原理研究其动力学过程，还能探索粒子对撞机难于达到的实验参数区域中的物理现象。因此，量子模拟器有望为高能物理问题提供新见解，并成为研究凝聚态拓扑相和低能多体物理机制的有力工具。 近年来，研究团队开发了超冷原子量子模拟器，并对格点规范理论开展了系统的实验研究，取得了一系列突破性进展。2020年，该团队成功模拟了施温格模型，并实验观测到了局域规范不变性，验证了电动力学中的高斯定律[Nature 587, 392 (2020)]；2022年，该团队进一步研究了规范理论中的热化动力学[Science 377, 311 (2022)]；最近，该团队还对量子热化和量子相变之间的关联[Phys. Rev. Lett. 131, 050401 (2023)]，禁闭-解禁闭相变问题[Nat. Phys. 21, 155 (2025)]等进行了一系列探索。 在上述工作的基础上，该团队针对格点规范理论中的弦断裂机制进行了深入研究。在量子色动力学中，两个静止色荷之间的相互作用势随着距离的增加呈线性增长，这一特性使得单个夸克无法孤立存在。然而，当色荷间距超过某个临界值时，系统的能量足以生成一对夸克-反夸克对，进而导致弦的断裂。作为量子场论中的非微扰现象，弦态与双介子态之间的复杂相互作用使得对弦断裂过程的研究极具挑战性。一方面，传统数值计算方法难以精确求解这一过程；另一方面，粒子碰撞实验中也难以对其进行直接观测。基于前期对格点施温格模型中禁闭动力学的研究，该团队搭建了可编程光学超晶格量子模拟平台，将格点施温格模型映射至光晶格超冷原子的玻色-哈伯德模型，通过精确控制原子之间的相互作用，实现了对系统初态的可控制备和多参数演化。通过调节系统演化参数（“费米子质量”与“弦张力”），体系从“弦态”演化至形成粒子对并发生弦断裂的“断裂弦态”，从而完整演示了弦断裂物理过程。更进一步，研究团队通过定量控制系统中费米子质量、弦张力和弦长度之间的关系，提取出了弦断裂发生时的能量共振条件，揭示了弦断裂现象的产生机制。 本工作展示了光晶格量子模拟器在揭示规范理论微观机制方面的潜力，为将实验研究拓展至更高维度和更高对称性的规范模型并深入探索伪真空衰变、非阿贝尔规范理论及拓扑量子相变等关键物理问题奠定了基础。 中国科学技术大学博士刘颖、博士后章维勇为论文的共同第一作者。该研究获得国家自然科学基金委、科技部和安徽省的支持。 论文链接：https://journals.aps.org/prl/accepted/10.1103/mwy1-v9hk 《物理》报道链接：https://physics.aps.org/articles/v18/s106
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