新量子算法几秒钟破解“不可能”的材料难题

研究人员发现，准晶等新型量子材料结构高度复杂且不具周期性，用经典超级计算机模拟需处理上千万亿个数据，远超当前算力极限。为此，阿尔托大学应用物理系团队提出一种量子启发算法——它不直接计算整个材料结构，而是借鉴量子计算机的思路，采用张量网络方法，在指数级扩大的计算空间中高效编码并求解，成功模拟了含2.68亿个原子位点的拓扑准晶。这类材料能产生特殊的量子激发态，可保护电导免受噪声干扰，但其激发态在材料中分布极不均匀，增加了模拟难度。该算法目前仍属理论模拟，但已展现出巨大潜力：它可将超莫尔准晶的设计能力提升数个数量级，助力构建更稳定的拓扑量子比特；还可推动无耗散电子学发展，降低AI数据中心日益增长的发热与能耗问题。研究团队指出，该算法未来有望直接部署于真实量子计算机（如阿尔托大学新建的AaltoQ20及芬兰国家量子计算基础设施），成为量子算法最早落地的应用方向之一。本项目融合了芬兰两大量子研究支柱——量子材料与量子算法，依托欧盟ERC‘ULTRATWISTROICS’项目和芬兰量子材料卓越中心（QMAT）共同推进。