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11月20日--中國(guó)在過(guò)冷原子的量子計(jì)算和模擬方面又取得了突破。

根據(jù)中國(guó)科學(xué)院的消息，中國(guó)科技大學(xué)的潘建偉、袁振生，以及德國(guó)海德堡大學(xué)和意大利特倫托大學(xué)的合著者，在計(jì)算和模擬超冷原子量方面取得了重大突破。

他們研制了一臺(tái)特殊的量子計(jì)算機(jī)--71格過(guò)冷原子光學(xué)晶格量子模擬器，并成功地模擬了量子電動(dòng)力學(xué)方程的Schwann模型。通過(guò)控制其中的過(guò)冷原子，從實(shí)驗(yàn)中觀察到局域規(guī)范不變量。

這是物理學(xué)家第一次通過(guò)微觀量子調(diào)控來(lái)驗(yàn)證描述量子多體系統(tǒng)電荷與電場(chǎng)關(guān)系的高斯定理，并利用大規(guī)模量子計(jì)算和量子模擬方法實(shí)現(xiàn)了在解決復(fù)雜物理問(wèn)題方面的重大突破。

11月19日凌晨，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊"自然"發(fā)表了這項(xiàng)研究的成果。據(jù)"自然"雜志的評(píng)論員說(shuō)，這是"用量子模擬方法研究格點(diǎn)規(guī)范場(chǎng)的一個(gè)重要里程碑"，"在模擬格點(diǎn)規(guī)范場(chǎng)理論方面邁出了真正的一步：從實(shí)現(xiàn)量子模擬器的模塊到完全模擬特定的模型"。

據(jù)報(bào)道，規(guī)范場(chǎng)理論是現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)，它主要用來(lái)描述基本粒子之間的相互作用、產(chǎn)生和湮滅過(guò)程。隨著規(guī)范場(chǎng)理論的發(fā)展，半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)求解各種規(guī)范場(chǎng)方程的計(jì)算復(fù)雜性很高，這對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)的數(shù)值計(jì)算能力提出了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。

世界上許多著名的研究機(jī)構(gòu)都試圖利用過(guò)冷原子、俘獲離子等系統(tǒng)對(duì)規(guī)范場(chǎng)模型的基本單元進(jìn)行初步的量子模擬。然而，這些實(shí)驗(yàn)要么太小，不能同時(shí)產(chǎn)生規(guī)范場(chǎng)和物質(zhì)場(chǎng)，更不用說(shuō)研究?jī)蓚€(gè)場(chǎng)之間的相互作用和轉(zhuǎn)換。因此，以往的研究都不能觀察規(guī)范場(chǎng)理論最基本的特征--局域規(guī)范不變性。

為此，中科大研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了獨(dú)特的量子控制和測(cè)量技術(shù)，如自旋相關(guān)超晶格，微觀吸收成像，粒子數(shù)分辨率探測(cè)等。在過(guò)冷原子量子模擬器中，研究了Z2規(guī)范對(duì)稱的規(guī)范場(chǎng)模型單元的哈密爾頓量。在此基礎(chǔ)上，聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在71格點(diǎn)過(guò)冷原子量子模擬器上模擬了一維格點(diǎn)體系的雪旺模型，首次模擬了規(guī)范場(chǎng)與物質(zhì)場(chǎng)的相互作用和轉(zhuǎn)化，觀測(cè)到了局域規(guī)范不變性，驗(yàn)證了高斯定理，在利用大規(guī)模量子模擬器解決復(fù)雜物理問(wèn)題的道路上取得了突破