研究人员开发开源软件以加速量子研究

量子技术有望从根本上改变社会的许多关键领域。研究人员相信，与我们今天所知的相比，还有更多有用的量子特性和应用可供探索。瑞典查尔姆斯理工大学的一组研究人员现已开发出开源、免费的软件，将为该领域的新发现铺平道路，并显着加速量子研究。

未来几十年，量子技术有望成为健康、通信、国防和能源等领域的关键技术。该技术的力量和潜力在于量子粒子的奇特和非常特殊的特性。

该领域的研究人员特别感兴趣的是量子粒子的超导特性，它赋予组件完美的导电性和独特的磁性。这些超导特性在今天被认为是传统的，并且已经为磁共振成像设备、磁悬浮列车和量子计算机组件等应用中使用的全新技术铺平了道路。然而，在量子计算机有望在实践中解决实际计算问题之前，还需要多年的研究和开发。研究界相信，与我们今天所知的相比，量子技术还有更多的革命性发现。

开源代码探索新的超导特性

量子材料的基础研究是所有量子技术创新的基础，从1947年晶体管的诞生，到1960年代的激光，再到今天的量子计算机。然而，量子材料的实验通常需要大量资源来开发和进行，需要很多年的时间来准备，而且大多产生难以解释的结果。然而现在，Chalmers的一组研究人员开发了开源软件SuperConga，每个人都可以免费使用，并且专门设计用于执行量子组件的高级模拟和分析。

该程序在介观层面上运行，这意味着它可以进行能够“拾取”量子粒子奇异特性的模拟，并将它们应用到实践中。开源代码是世界上首创，有望探索全新的超导特性，并最终为量子计算机铺平道路，量子计算机可以利用先进的计算能力应对多个领域的社会挑战。

“我们对非常规超导体特别感兴趣，就它们的工作原理和特性而言，这是一个谜。我们知道它们具有一些理想的特性，可以保护量子信息免受干扰和波动。干扰是目前的限制我们拥有可在实践中使用的量子计算机。如果我们要取得任何进展，这就是对量子材料的基础研究至关重要的地方，“Chalmers理论物理学教授MikaelFogelström说。

这些新的超导体仍然是高度神秘的材料——就像它们的传统兄弟姐妹100多年前在实验室被发现时一样。在那个发现之后，研究人员需要40多年的时间才能在理论上描述它们。Chalmers的研究人员现在希望他们的开源代码能够为全新的发现和应用领域做出贡献。

“我们想了解非常规超导体的所有其他令人兴奋的特性。我们的软件功能强大、具有教育意义且用户友好，我们希望它将有助于产生新的理解并为这些未开发的超导体提出全新的应用，”帕特里克说Holmvall，乌普萨拉大学凝聚态物理学博士后研究员。

希望让量子研究人员和学生的生活更轻松

为了能够探索革命性的新发现，需要能够在最小粒子水平上研究和利用非凡的量子特性，并且还可以放大到足以用于实践的工具。研究人员需要在细观尺度上工作。这位于微观尺度(即仍然可以利用粒子的量子特性的原子水平)和测量我们世界中日常物体的宏观尺度之间的界面，与量子粒子不同，宏观尺度受制于定律经典物理学。

由于该软件能够在这种介观水平上工作，Chalmers研究人员现在希望让从事量子物理学研究的研究人员和学生的生活更轻松。

“目前经常使用基于微观或宏观尺度的极度简化的模型。这意味着它们无法识别所有重要的物理学，或者它们不能在实践中使用。有了这个免费软件，我们想做到其他人更容易加速和改进他们的量子研究，而不必每次都重新发明轮子，”Chalmers应用量子物理学教授TomasLöfwander说。

这篇名为“SuperConga：介观超导的开源框架”的文章已发表在AppliedPhysicsReviews上，作者是乌普萨拉大学物理与天文学系的PatricHolmvall和NiclasWallWennerdal、MikaelHåkansson、PascalStadler,OleksiiShevtsov,TomasLöfwander和MikaelFogelström，瑞典查尔姆斯理工大学微技术和纳米科学系。

SuperConga是开源软件，可以免费下载。

更多关于微观、中观和宏观尺度的信息

细观状态处于宏观和微观状态之间的界面。在宏观范围内(通常为毫米或更大)，经典物理学占主导地位，描述了足球、猫或咖啡机等日常物体。这与量子物理学盛行的微观体系形成对比，可以测量更小的物体，例如电子、原子和其他粒子。

可以在这个微小的尺度上探索量子粒子的奇特特性——允许它们同时出现在两个地方或完美导电的特性。介观量子成分(通常为微米级到纳米级)小到可以访问和使用量子粒子的奇异特性，但也大到可以在实践中应用。已经存在用于微观或更宏观层面模拟的开源代码。SuperConga是世界上第一个能够在介观层面模拟超导体的免费软件。