Forskare på det kvantdatorföretaget Quantinuum har använt sin nya maskin Helios-1 för att köra den största kvant-simuleringen hittills av Fermi-Hubbard-modellen, en ram som är central för att förstå supraledning. Experimentet involverade 36 fermioner och visade partikelsammanfogning utlöst av en laserpuls. Detta framsteg belyser kvantdatorers potential inom materialvetenskap, även om utmaningar kvarstår.
Supraledare, som leder elektricitet med perfekt effektivitet, fungerar för närvarande endast vid mycket låga temperaturer, vilket begränsar deras praktiska användning. Fysiker har länge sökt sätt att möjliggöra supraledning vid rumstemperatur, och vänder sig ofta till Fermi-Hubbard-modellen —en matematisk ram från 1960-talet— för insikter. Som Quantinums Henrik Dreyer noterar är denna modell "en av de viktigaste modellerna inom all kondenserad materiell fysik".
Konventionella datorer kan simulera modellen effektivt i liten skala men misslyckas med större prover eller dynamiska förändringar över tid. För att hantera detta använde Dreyer och hans kollegor Helios-1, en kvantdator med 98 qubits gjorda av bariumjoner, som manipuleras via lasrar och elektromagnetiska fält. I deras experiment simulerade de 36 fermioner —partiklar centrala för supraledare— och initierade sammanfogning genom att applicera en laserpuls på qubitsen. Mätningar avslöjade tecken på denna sammanfogning och fångade en dynamisk process som är utmanande för klassiska metoder bortom ett fåtal partiklar.
Simuleringen tog ett par timmar på Helios-1, medan klassiska tillvägagångssätt gav opålitliga resultat eller obestämt långa tider. "För de metoder vi provade var det omöjligt att pålitligt få samma resultat; vi tittade på ett par timmar på en kvantdator och en stor frågetecken på den klassiska sidan", sa Dreyer. Helios-1:s tillförlitlighet kommer från dess qubits, som i tester upprätthöll 94 felfria qubits länkade via kvantentanglement —ett rekord i fältet.
Experter berömmer arbetet men uppmanar till försiktighet. Eduardo Ibarra García Padilla vid Harvey Mudd College kallar resultaten lovande men i behov av benchmarking mot toppklassiska simuleringar. Steve White vid University of California, Irvine, ser kvantverktyg som potentiellt komplementära för att studera dynamiska materialbeteenden, även om tidiga barriärer kvarstår. "De är på väg att bli användbara simuleringsverktyg i kondenserad materiell [fysik]", sa White, "men de är fortfarande i ett tidigt skede".
Studien, detaljerad i arXiv (DOI: 10.48550/arXiv.2511.02125), markerar framsteg mot kvantfördelar i att lösa supraledningens gåta.