哈佛大学实现超低温区间的中性原子量子模拟器

　　哈佛年夜学的研究团队正在二维哈伯德模子的冷原子量子摹拟中，完成了系统的有用制冷，并初次进入自旋彼此作用占主导的超高温区间。该研究将低熵能带绝缘身形转化为了高度强联系关系的多体量子态，其涵盖了包含半满以及有限掺杂正在内的要害参数区间，并哄骗经典数值摹拟对温度预计以及物态特性举行了交织验证。该研究不只霸占了恒久制约光晶格费米原子体系温度瓶颈的问题，还为应用量子摹拟展现低温超导等庞大凝聚态征象斥地了门路。该结果于6月11日颁发正在《天然》杂志。

　　© Nature 研究论文以《高温区间下的中性原子哈伯德量子摹拟器(A neutral-atom Hubbard quantum simulator in the cryogenic regime)》为题颁发于《天然》杂志

　　哈伯德模子是凝聚态物理中的基本实践框架之一，用以形容晶格上彼此作用的费米子体系，常被用于展现低温超导、磁性和联系关系电子征象等庞大问题的物理机制。只管曾经颠末数十年的起劲，尤为是正在二维以及掺杂景象下，该模子的准确解仍然因其指数级庞大性而难以得到。量子摹拟器是用于摹拟这种模子的可工程化设计的量子体系，其哄骗量子相关性与纠缠，为求解这种问题供给了一个极具远景的替换方案。

　　正在该研究中，研究团队采纳了一种立异计谋，从易于制备的极低熵带绝缘体登程，随后经由过程静态调控光学晶格布局以及彼此作用强度，将这些初始的“平淡态”近乎绝热的转化高度非普通、强联系关系的反铁磁基态。

　　更进一步，试验还拓展至有限掺杂景象，即粒子密度偏离半满的庞大区域，这恰是实践上最难处置惩罚的环境。正在某些参数下，试验所测患上的长程反铁磁联系关系强度以至超出了现有类似数值摹拟的预测，为构建可托的实践以及数值摹拟要领供给了要害的参考数据。

二维哈伯德模子的相图示用意，灰色虚线为此前文献中报导的最高温度，白色带表现该研究的预计温度规模。图片来历：Nature

　　该研究的一年夜走光正在于其普遍的合用性。这类技能不只合用于哈伯德模子中常见的方型晶格，也可推广至少种晶格几何布局，例如三角晶格与kagome晶格。这些几何布局可能会承载量子自旋液体——一种具备长程纠缠与分数目子引发的怪异物态。此外，正在方型晶格中引入对角隧穿项，无望完成很是规超导相，正在铜氧化物低温超导研究中具备重要意思。

　　正在这些摹拟器中完成超高温不只仅是技能上的冲破，它也为试验察看此前难以企及的哈伯德模子中的庞大物态供给了可能。此前的冷原子量子摹拟器受限于热噪声，难以摸索如电荷有序与条纹相称征象，而这些征象正在低温超导机制中起着要害作用。该研究所展示的高精度节制与冷却才能，为正在冷原子系统中之前所未有的细节层级研究这些物态供给了可能。

　　更进一阵势，该试验还体现了经典与量子计较范式之间的深度交融，胜利预示着经典-量子混淆算法将迎来使人奋发的可能性。已往，经典数值摹拟辅助设计以及优化量子摹拟器，引导试验抉择具备物理意思或波动性的参数区域。而往常，量子摹拟器天生的数据反过来可用作经典摹拟算法的基准与训练集，晋升其精确性与效率。这类双向反馈促成了两个范畴的配合前进，加快了对恒久未解的量子多体问题的冲破进程。

　　终极，准确节制、可扩大体系范围与超高温这三者的联合，使患上中性原子哈伯德量子摹拟器站正在量子技能研究的前沿。这一平台不只能撑持对模子体系中及时量子能源学与谱性子的研究，也将使物理学家可以或许霸占量子资料迷信及更广范畴中的一些最棘手问题，潜正在地展现今朝一切其余要领仍无奈涉及的要害物理机制。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09112-w

报导链接：

https://scienmag.com/cryogenic-neutral-atom-hubbard-quantum-simulator/