在材料科学领域，量子计算机正展现出模拟复杂量子系统的潜力。一项由美国橡树岭国家实验室、普渡大学、洛斯阿拉莫斯实验室、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校、田纳西大学和IBM研究人员合作的研究，利用量子模拟计算了磁性材料KCuF₃的能量-动量谱，结果与中子散射实验数据高度吻合。该预印本研究已发布在arXiv服务器上。
量子模拟采用了IBM Quantum Heron处理器，实验数据来自美国橡树岭国家实验室的散裂中子源和英国卢瑟福·阿普尔顿实验室的中子源。这项成果实现了理查德·费曼关于使用可控量子系统模拟量子特性的愿景。共同作者、洛斯阿拉莫斯国家实验室凝聚态物理学家Allen Scheie表示：“这是我见过的实验数据与量子比特模拟之间最令人印象深刻的匹配，它无疑提高了人们对量子计算机的期望标准。”他还补充道：“我对这对科学意味着什么感到极其兴奋。”
实验中，研究人员通过中子散射技术探测材料特性。主要研究者、普渡大学物理与天文学助理教授Arnab Banerjee指出，中子与材料的弱相互作用提供了清洁数据，有助于构建可靠理论模型。然而，经典计算在处理纠缠自旋动力学时面临挑战。Banerjee说：“由于近似经典方法的限制，我们有大量关于磁性材料的中子散射数据尚未完全理解。”
量子计算机因其自然映射自旋与量子比特的特性，被视为模拟材料的有力工具。首席作者之一、IBM研究科学家Bibek Pokharel提到，项目初期对模拟所需的量子比特和门数量存在不确定性。但硬件进步，如50个量子比特的低错误率，结合抗噪声算法和经典计算资源，提升了模拟精度。IBM首席研究科学家Abhinav Kandala强调：“这些结果确实得益于用于模拟的所有50个量子比特的低错误率。”他进一步指出：“综合来看，最终看到你可以实际使用量子计算机作为一种新的计算工具，现在具有足够的光谱分辨率来捕捉真实实验数据中的特征，这相当令人惊叹。”
ORNL量子科学中心主任Travis Humble认为，这项量子模拟展示了量子计算对科学发现的潜在影响。研究人员还利用同一处理器模拟了钴基材料的复杂相互作用。未来，团队计划将模拟扩展到更高维度的量子材料，推动新材料设计。这项研究验证了量子计算机在容错前作为可靠模拟器的应用前景。
出版详情：作者：IBM；标题：《Quantum computer accurately simulates real magnetic materials, reproducing national laboratory data》；发表于：《arXiv》(2026)；期刊信息：《arXiv》。
