我國科學家在71個格點的超冷原子量子模擬器中成功求解施溫格方程

規範場理論是現代物理學的根基。然而，各種規範場方程求解的計算複雜度非常高，對超級計算機的數值計算能力形成了嚴重挑戰。於是，人們提出了開發專用量子計算機---量子模擬器---構建晶格規範場模型，在實驗中通過對模擬器的各種參數的精準調控制備目標量子物態，並用量子氣體顯微鏡成像等手段，觀測所模擬的量子物態的相變、量子關聯等性質，獲得待研究規範場模型的各種物理性質。但是，這些實驗研究中都無法觀測規範場理論局域規範不變性這一最基本特性。

在國家重點研發計劃「量子調控與量子信息」重點專項等科技計劃的支持下，中國科大的研究團隊開發了獨特的自旋依賴超晶格、顯微鏡吸收成像、粒子數分辨探測等量子調控和測量技術，在超冷原子量子模擬器中首先實現了對Z2規範對稱性的規範場模型單元哈密頓量的研究；又提出並實現了光晶格中原子的深度製冷，解決了量子模擬器溫度過高缺陷過多的問題，實驗製備了近百個原子級別的規模化量子模擬器；在以上研究的基礎上，通過實驗和理論結合，研究團隊找到了Schwinger模型中正負粒子、電場與Hubbard模型中原子在格點上的各種佔據構型之間的映射關係，通過實驗上的精確調控，在71個格點的超冷原子量子模擬器上模擬了一維格點體系的Schwinger模型，首次模擬了規範場與物質場之間的相互作用和轉化、並由此觀測到了局域規範不變性，在使用規模化的量子模擬器求解複雜物理問題的道路上取得了突破性的進展。

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