量子コンピューティング企業Quantinuumの研究者らは、新たなHelios-1マシンを使用して、超伝導を理解するための中心的な枠組みであるFermi-Hubbardモデルの最大規模の量子シミュレーションを実行した。実験では36個のフェルミ粒子が関与し、レーザーパルスによって引き起こされる粒子ペアリングを実証した。この進歩は、量子コンピュータの材料科学における可能性を強調するが、課題は残る。
超伝導体は、完璧な効率で電気を伝導するが、現在は非常に低い温度でのみ動作し、実用性を制限している。物理学者らは長年、室温超伝導を可能にする方法を探求しており、しばしば1960年代に遡る数学的枠組みであるFermi-Hubbardモデルに頼って洞察を得ている。QuantinuumのHenrik Dreyer氏は、このモデルを「凝縮系物理学全体で最も重要なモデルの一つ」と述べている。
従来のコンピュータは小規模ではモデルを効果的にシミュレートできるが、より大きなサンプルや時間経過による動的変化では失敗する。これに対処するため、Dreyer氏と同僚らは、98個のキュービットからなる量子コンピュータHelios-1を使用した。このキュービットはバリウムイオンで作られ、レーザーと電磁場で操作される。実験では、超伝導体の中心的な粒子である36個のフェルミ粒子をシミュレートし、キュービットにレーザーパルスを適用してペアリングを開始した。測定結果は、このペアリングの兆候を示し、数個の粒子を超える古典的方法では困難な動的プロセスを捉えた。
Helios-1でのシミュレーションは数時間かかったが、古典的手法では信頼できない結果や不明瞭な長時間が必要となった。「試した方法では、同じ結果を信頼性を持って得ることは不可能で、量子コンピュータでは数時間かかるのに対し、古典側では大きな疑問符がついた」とDreyer氏は語った。Helios-1の信頼性は、そのキュービットに由来し、テストでは量子もつれで連結された94個のエラー耐性キュービットを維持し、これは分野での記録である。
専門家らはこの業績を称賛するが、慎重を促している。Harvey Mudd CollegeのEduardo Ibarra García Padilla氏は、結果を有望だがトップクラスの古典シミュレーションとのベンチマークが必要だと述べている。カリフォルニア大学アーバイン校のSteve White氏は、量子ツールを材料の動的挙動を研究するための補完的なものとして見なし、初期段階の障壁が残るとする。「彼らは凝縮系[物理学]の有用なシミュレーションツールになる道を歩んでいるが、まだ初期段階だ」とWhite氏は述べた。
この研究はarXiv（DOI: 10.48550/arXiv.2511.02125）に詳細が記載されており、超伝導の解明に向けた量子優位性の進展を示す。