“中科大联合团队用超冷原子量子模拟器成功求解施温格方程”

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本报(记者陈婉娴)记者11月19日从中国科技大学获悉，该校潘建伟教授、苑震生教授等与德国海德堡大学、意大利特伦特大学合作，利用专用量子计算机，即71个晶格点的超冷原子光晶格量子模拟器，进行了量子电动力学方程式的舒文 首次利用微观量子控制手段验证了量子多体系统描述电荷与电场关系的高斯定理，取得了采用规模化量子计算和量子模拟方法求解多杂物理问题的重要突破。 11月19日，该成果发表在国际著名学术期刊《自然》上。

规范场理论是现代物理学的基础。 随着规范场理论的半个多世纪的迅速发展，科学家们发现各种规范场方程求解多，复杂度非常高，对超级计算机的数值计算能力构成了严重挑战。 于是，利用量子模拟器建立了晶格规范场模型，在实验中精确控制模拟器的各种参数制备目标量子物质状态，利用量子气体显微镜图像等手段，观测模拟的量子物质状态的相变、量子相关等性质，建立了值得研究的规范场模型的各

迄今为止，跨国科学家利用超冷原子、囚禁离子等系统，对规范场模型的基本单位进行了初步的量子模拟研究。 但是，这些实验无法观测到规范场理论最基本的特征——局部规范不变性。 因为体系太小，没有局部规范不变性，不能形成规范场和物质场，也不能研究这两个场之间的相互作用和转化。

为了应对这些课题，中科大团队开发了独特的自旋依赖超晶格、显微镜吸收成像、粒子数分辨率探测等量子控制和测量技术，在超冷原子量子模拟器中首先实现了z2规范对称性的规范场模型单元哈密顿量的研究。 另外，提出并实现了光栅中原子的深度制冷，处理了量子模拟器温度过高、缺陷过多的问题，实验制备了近100个原子级规模化量子模拟器。 在此基础上，通过实验和理论的结合，该联合研究小组发现了施温格模型中正负粒子、电场与哈勃模型中原子在格点上各占有构型的映射关系，通过实验上的精确控制，在71个格点的超冷原子量子模拟器上，一维格点系统的施温格模型

自然审稿人认为，这项事业模拟物质场和规范场，量子模拟方法是研究晶格规范场的重要里程碑，迈出了模拟晶格规范场理论的真正一步。

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