我科學家在量子計算和量子模擬研究領域獲重要突破

小編從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉、苑震生等人與德國海德堡大學、義大利特倫託大學的合作者在超冷原子量子計算和模擬研究中取得重要突破：

他們開發了一種專用的量子計算機，通過操控束縛的超冷原子（利用雷射製冷等冷卻手段將原子製備到溫度極低），從實驗上觀測到了局域規範不變量，取得了利用規模化量子計算和量子模擬方法求解複雜物理問題的重要突破。

北京時間11月19日，國際著名學術期刊《自然》雜誌發表了該研究成果。

示意圖：規範場理論描述基本粒子之間的相互作用、產生和湮滅過程，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。(製圖：石千惠、梁琰)

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規範場理論是現代物理學的根基，如迄今為止統一描述強、弱、電磁三種相互作用的最成功的理論——標準模型，就是滿足特定群對稱性的規範場理論的一種。而規範不變性作為「理論背後的理論」，則是構造規範場理論的基本原理。

在規範場理論的發展過程中，楊振寧、米爾斯、溫伯格、費曼等科學家都做出了重要的貢獻。

但伴隨著規範場理論半個多世紀的發展，科學家們發現各種規範場方程求解的計算複雜度非常高，即便是超級計算機也「束手無策」。

在此背景下，科學家們提出了開發專用量子計算機，以獲得待研究規範場模型的各種物理性質。不過，此前的研究都無法觀測規範場理論最基本的特性——局域規範不變性。

此次研究中，中國科大的研究團隊開發了獨特的量子調控和測量技術，首次觀測到了局域規範不變性（驗證了高斯定理）,在求解複雜物理問題的道路上取得了突破性的進展。

《自然》雜誌的審稿人認為，這項工作是量子模擬方法研究規範場理論的一個重要的裡程碑，也是相關交叉學科研究的裡程碑。

據了解，在上述相關工作的基礎上，該團隊將進一步使用量子模擬的方法研究具有其他群對稱性的、更高空間維度的規範場模型，並研究其他重要物理難題。

近年來，潘建偉研究團隊在利用超冷原子產生大規模量子糾纏態進行量子計算、構建拓撲量子計算系統等方面取得了一系列原創性的科研成果，成為國際上超冷原子量子計算和量子模擬領域的領跑團隊之一。

經濟日報經點科學工作室

記者：沈慧