这是IBM团队与普渡大学、橡树岭国家实验室量子科学中心、洛斯阿拉莫斯国家实验室、英国卢瑟福阿普尔顿实验室还有艾伦·谢伊一起搞出来的成果。他们把一种叫氟铜酸钾的KCuF₃材料给拿出来研究了。通过IBM的苍鹭量子处理器，他们直接模拟了这种材料的能量随粒子运动变化的能动量谱。结果发现，这东西跟美国散裂中子源和卢瑟福实验室测出来的数据几乎完全对上了号。美国国家实验室的物理学家艾伦·谢伊说，这是实验数据跟量子模拟最契合的例子之一，把量子设备的能力边界都给重新定义了。传统计算机模拟量子体系时麻烦得很，粒子一多计算量就呈指数级上涨，根本跑不动。但量子计算机不一样，它用量子比特直接编码量子态，效率高多了。他们就采用了混合计算的策略，把量子设备和经典超算给连在了一起。经典计算机负责优化电路结构、减少运算步骤，还得用抗噪声算法去抵消硬件误差；而量子设备就专门干那些经典算力搞不定的复杂运算。比如说氟铜酸钾里的自旋粒子纠缠效应产生的强关联效应，经典算法只能近似算一下，量子模拟却能直接把物理本质给还原出来。 为了验证这个结果，研究人员还利用了中子散射技术。中子散射技术就是往材料里打中子然后分析散射模式来看看里面的自旋动力学特征。普渡大学的副教授阿尔纳布·班纳吉解释说，中子散射对材料干扰极小，能真真实实反映材料的本征状态，可问题是传统算法根本没法把这么海量的实验数据变成能预测的模型。量子模拟的突破正好给解读这类数据提供了新路子。 这个成果对材料科学有两方面的意义：一是给现有量子硬件定了个能力基准；二是建立了“量子模拟-实验验证”这套体系。当然啦，现在的模拟还得靠人工精挑细选课题和用经典计算辅助才行。要是想拓展到更复杂的材料上去，还得继续提升量子比特的质量和设备规模。他们已经计划要把这种方法推到高维度、强相互作用的材料体系上去试试了。班纳吉说长远目标就是要构建一个实验和模拟的闭环系统。就像储能、电子制造和制药这些行业都高度依赖量子相互作用的解析一样，量子模拟技术有望大大加快新材料的研发进度。 橡树岭国家实验室量子科学中心主任特拉维斯·亨布尔对这项研究的评价是：它通过量子模拟和实验数据相互印证的方式展现了量子计算对科研全流程的革新潜力。随着硬件性能的不断提高，这种量子-经典混合计算模式很可能会成为解决复杂科学问题的标准范式。