Многопрофильная группа стала первой, кто получил точные результаты моделирования материаловедения на квантовом компьютере, которые можно проверить с помощью экспериментов по рассеянию нейтронов и других практических методов.
Исследователи из Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики США; Университет Теннесси, Ноксвилл; Университет Пердью и компания D-Wave Systems использовали возможности квантового отжига, формы квантовых вычислений , путем встраивания существующей модели в квантовый компьютер.
Характеристика материалов долгое время была отличительной чертой классических суперкомпьютеров, которые кодируют информацию с использованием двоичной системы битов, каждому из которых присваивается значение 0 или 1. Но квантовые компьютеры — в данном случае 2000Q D-Wave — полагаются на кубиты, которые может иметь значение 0, 1 или оба одновременно из-за квантовой способности, известной как суперпозиция.
Этот уникальный подход доказал, что квантовые ресурсы способны изучать магнитную структуру и свойства этих материалов, что может привести к лучшему пониманию спиновых жидкостей, спиновых льдов и других новых фаз материи, полезных для хранения данных и приложений спинтроники. Исследователи опубликовали результаты своего моделирования, которые совпали с теоретическими предсказаниями и сильно напоминали экспериментальные данные, в PRX Quantum .
В конце концов, мощность и надежность квантовых компьютеров могут позволить этим системам превзойти свои классические аналоги с точки зрения как точности, так и сложности, предоставляя точные ответы на вопросы материаловедения вместо приближений. Однако ограничения квантового оборудования ранее делали такие исследования трудными или невозможными для завершения.
Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи запрограммировали различные параметры в модель Шастри-Сазерленда Изинга. Поскольку он имеет поразительное сходство с тетраборидами редкоземельных элементов, классом магнитных материалов, последующее моделирование с использованием этой модели может дать существенное представление о поведении этих материальных веществ.