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報(bào)道數(shù)字經(jīng)濟(jì)?

?定義轉(zhuǎn)型中國

中國科學(xué)院11月19日發(fā)布消息，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、苑震生等與德國海德堡大學(xué)、意大利特倫托大學(xué)的合作者開發(fā)了一種專用量子計(jì)算機(jī)——71個(gè)格點(diǎn)的超冷原子光晶格量子模擬器，對(duì)量子電動(dòng)力學(xué)方程施溫格模型進(jìn)行了成功模擬，通過操控束縛在其中的超冷原子，從實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到了局域規(guī)范不變量。

示意圖：規(guī)范場(chǎng)理論描述基本粒子之間的相互作用、產(chǎn)生和湮滅過程,這一過程可以用晶格中超冷原子之間的相互作用及其在晶格中的排布模式來模擬。制圖：石千惠、梁琰

這是物理學(xué)家首次通過微觀量子調(diào)控的方式，在量子多體系統(tǒng)中驗(yàn)證了描述電荷與電場(chǎng)關(guān)系的高斯定理，實(shí)現(xiàn)了“利用規(guī)?；孔佑?jì)算和量子模擬方法求解復(fù)雜物理問題”的重要突破。

11月19日凌晨，國際學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志發(fā)表了該研究成果。

據(jù)介紹，規(guī)范場(chǎng)理論是現(xiàn)代物理學(xué)的根基，主要用來描述基本粒子之間的相互作用、產(chǎn)生和湮滅過程。

但各種規(guī)范場(chǎng)方程求解的計(jì)算復(fù)雜度非常高，對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)的數(shù)值計(jì)算能力形成了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。

于是，科學(xué)家開發(fā)出一種被稱為量子模擬器的專用量子計(jì)算機(jī)，來構(gòu)建晶格規(guī)范場(chǎng)模型，在實(shí)驗(yàn)中通過對(duì)模擬器各種參數(shù)的精準(zhǔn)調(diào)控來制備目標(biāo)量子物態(tài)，并用量子氣體顯微鏡成像等手段，觀測(cè)所模擬的量子物態(tài)的相變、量子關(guān)聯(lián)等性質(zhì)，獲得待研究規(guī)范場(chǎng)模型的各種物理性質(zhì)。

潘建偉表示，在國際上，有不少研究人員用超冷原子、囚禁離子等體系對(duì)規(guī)范場(chǎng)模型的基本單元進(jìn)行了初步的量子模擬研究。但是，這些實(shí)驗(yàn)要么體系太小，不具備局域規(guī)范不變性，要么無法同時(shí)產(chǎn)生規(guī)范場(chǎng)和物質(zhì)場(chǎng)，更不能研究這兩種場(chǎng)之間的相互作用和轉(zhuǎn)化。因此，此前的研究都無法觀測(cè)規(guī)范場(chǎng)理論最基本的特性——局域規(guī)范不變性。

研究人員開發(fā)了71個(gè)格點(diǎn)的超冷原子量子模擬器，模擬一維格點(diǎn)體系的施溫格模型，從實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到了局域規(guī)范不變量，首次使用微觀量子調(diào)控手段在量子多體系統(tǒng)中驗(yàn)證了描述電荷與電場(chǎng)關(guān)系的高斯定理，在使用規(guī)?；牧孔幽M器求解復(fù)雜物理問題的道路上取得了突破性進(jìn)展。

《自然》雜志表示，這項(xiàng)工作“是量子模擬方法研究晶格規(guī)范場(chǎng)的一個(gè)重要的里程碑”，“邁出了模擬晶格規(guī)范場(chǎng)理論的真正一步：從實(shí)現(xiàn)量子模擬器的模塊到對(duì)特定模型的完全模擬”。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授苑震生表示，未來研究團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步使用量子模擬的方法研究具有其他群對(duì)稱性的、更高空間維度的規(guī)范場(chǎng)模型，并可推廣到遠(yuǎn)離平衡態(tài)的規(guī)范場(chǎng)系統(tǒng)，研究真空衰變、與拓?fù)浣嵌认嚓P(guān)的動(dòng)力學(xué)過程等重要物理難題。

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