据英国《自然》网站30日消息，来自美国和法国的两项最新研究利用真实材料进行实验，将实验结果与量子计算机模拟数据进行对比。最终显示，模拟数据与传统实验结果高度一致，验证了量子计算机在特定材料模拟问题上的有效性，也为未来模拟尚未合成的新材料建立信任基础。
长期以来，科学家希望把量子计算机当作“虚拟实验室”，揭示超导等复杂量子现象背后的机制，并据此指导新材料乃至新药的研发。但在此之前，一个关键问题必须解决：量子计算机给出的结果是否可信。
为此，法国量子计算公司Pasqal团队选择了一种含稀土元素铥的磁性材料作为研究对象。这种材料的晶体结构较为特殊，其内部原子的磁取向难以形成规则排列，因此被认为具有复杂的量子相互作用特征。团队利用一台基于“中性原子”架构的量子计算机，通过激光形成的“光镊”捕获单个原子，并利用其量子态来编码信息。接着，他们对该材料的热容以及在不同磁场条件下的响应进行了模拟计算，并将结果与实验测量数据进行对比。
与此同时，美国普渡大学团队则选取了一种由铜、氟和钾构成的量子磁性材料开展研究。他们借助IBM的超导量子计算机，采用一种被称为“数字量子模拟”的方法，研究材料在不同能量激发状态下的行为，并成功再现了一种被称为“分数量子电子”的集体现象。在这种现象中，材料中的电子会以集体行为表现出仿佛只拥有部分磁性的特征，这一点对于单个粒子而言是不可能的。
两支团队均将量子计算结果与中子散射实验数据进行了交叉验证。中子散射实验可通过分析中子与材料相互作用后的散射特征，揭示材料内部微观结构及其量子行为。结果显示，量子模拟数据与实验结果高度一致。
通过选择那些物理性质已被充分研究的材料作为“参照物”，可以不断检验量子算法和硬件的准确性。这种将量子模拟与真实实验相互验证的方法，将成为量子计算走向实用化的重要一步。
