Впервые создана высокоточная квантовая модель магнитного материала

Группа исследователей, представляющая Ок-Риджскую национальную лабораторию, Университет Пердью и корпорацию IBM, впервые продемонстрировала возможности квантовых вычислений для прецизионного моделирования физических характеристик магнитного материала KCuF3.

В основу вычислений легли мощности процессора IBM Quantum Heron, а верификация результатов проводилась путем сопоставления с данными нейтронного рассеяния, полученными на базе научно-исследовательских комплексов в США (Spallation Neutron Source) и Великобритании (Лаборатория Резерфорда — Эплтона). Данная работа стала значимым этапом в практическом воплощении концепции Ричарда Фейнмана, предполагающей использование квантовых систем для глубокого изучения природы квантовых материалов.

Фторид меди-калия (KCuF3) послужил идеальным объектом исследования благодаря своей детальной изученности. Использование нейтронного рассеяния позволило проанализировать структурную динамику системы, сохраняя её исходное состояние за счет крайне слабого взаимодействия частиц с материей. При этом традиционные методы суперкомпьютерного моделирования зачастую пасуют перед сложностью описания динамических процессов в системах с множеством запутанных спинов.

Фото: IBM

Квантовые компьютеры, способные напрямую оперировать квантовыми состояниями, открывают принципиально новые пути для научного анализа. В данном эксперименте ученые реализовали симуляцию межатомных спиновых взаимодействий посредством специализированных квантовых цепей.

Ключевым фактором успеха стало задействование 50 кубитов с минимальным уровнем шума, что гарантировало высокую достоверность полученных данных. Дополнительно применялись помехоустойчивые алгоритмы и классические вычислительные мощности для оптимизации процессов. Этот гибридный метод в полной мере отражает парадигму квантово-центричных суперкомпьютерных вычислений, интегрирующую возможности квантовых ресурсов и высокопроизводительных систем.

Итоги работы подтвердили, что современные квантовые устройства эффективны не только при решении спиновых гамильтонианов, но и при исследовании более комплексных моделей квантовой материи. Это создает прочный фундамент для их интеграции в процессы разработки инновационных материалов.

В дальнейшем коллектив авторов планирует расширить область применения квантовых симуляций на более сложные многомерные системы. Руководитель проекта Арнаб Банерджи выразил уверенность, что выстраивание тесного взаимодействия между лабораторными экспериментами и цифровыми моделями позволит значительно ускорить эволюцию материаловедения.

Источник: iXBT