芬蘭阿爾托大學（Aalto University）的科學家近日發表一項突破性成果，成功開發出受量子啟發的新演算法，能在數秒內模擬傳統方法難以解析的複雜非週期性量子材料，甚至能處理超過兩億位點的準晶體結構，解決了計算領域長久以來的「不可能」問題。

研究指出，過去模擬準晶體（quasicrystals）這類數學上極其複雜的材料，可能需要處理逾千兆個數字，使得其結構模擬困難重重。然而，阿爾托大學應用物理系的科學家們所開發的新演算法，透過將問題編碼為量子多體系統（quantum many-body system），實現了指數級的運算加速。該研究團隊並未直接計算材料的完整結構，而是採用類似量子電腦的重構方法。

博士研究員 Tiago Antão 說明：「量子電腦在指數級龐大的計算空間中運作，因此我們運用一種特殊的演算法家族——張量網路（tensor networks）——來編碼這些空間，以計算一個包含超過 2.68 億個位點的準晶體。我們的演算法展示了如何透過將問題編碼為量子多體系統，以指數級加速直接解決量子材料領域的巨大問題。」這項演算法使得創建「超莫爾準晶體」（super-moiré quasicrystals）成為可能，其規模遠超傳統方法的數個數量級。

助理教授 Jose Lado 強調，這項新演算法不僅能加速新型量子材料的開發，以建立新一代量子電腦典範，更創造了量子材料與量子電腦之間富有成效的雙向回饋循環。此突破性進展可能支持無耗散電子元件（dissipationless electronics）的開發，這種元件能在傳導電流時不產生能量損失，進而大幅降低人工智慧（AI）驅動資料中心的能源消耗。

研究團隊特別關注拓撲準晶體（topological quasicrystals），這類材料能產生非傳統量子激發，保護導電性免受噪音與干擾影響。Jose Lado 提到，所展示的量子啟發演算法，可望應用於設計具備超莫爾材料的拓撲量子位元。他預期，一旦硬體技術進步到足夠的規模和保真度，這項方法最終將能應用於實際的量子電腦，例如芬蘭的 AaltoQ20 和 Finnish Quantum Computing Infrastructure 便可在未來的展示中扮演重要角色。

此研究是 Jose Lado 透過 ERC Consolidator grant ULTRATWISTROICS 計畫所進行的部分工作，該計畫專注於使用范德瓦爾斯材料（van der Waals materials）設計拓撲量子位元。同時，這也是芬蘭卓越量子材料中心 QMAT 計畫的一部分，旨在推動未來的量子技術發展。研究結果表明，異態量子材料的研究與設計，可能是量子演算法和量子計算系統最早的實用應用之一。