中國科大量子計算和模擬研究取得重要突破 成果再登《自然》雜誌

來源：中央廣電總臺國際在線

編輯：趙妍

一維格點Schwinger模型描述正反粒子通過電場傳遞相互作用，而正負粒子湮滅後轉化成了電場激發。一維Hubbard模型描述光晶格中的冷原子隧穿和相互作用的過程，在特定的勢阱形狀下，一維Hubbard模型與Schwinger模型的群對稱性相同

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)

國際在線報導（記者 李琳）：北京時間11月19日，《自然》雜誌發表了中國科學技術大學教授潘建偉、苑震生等最新研究進展，在71個格點的超冷原子量子模擬器中求解施溫格方程。這一成果成功利用規模化量子計算和量子模擬方法求解了複雜物理問題。

據悉，研究團隊同德國、義大利科學家合作，開發了專用的量子計算機——71個格點的超冷原子光晶格量子模擬器，通過精確調控成功模擬量子電動力學方程施溫格模型，通過操控束縛在其中的超冷原子，首次模擬了規範場與物質場之間的相互作用和轉化，觀測到了局域規範不變量，並首次使用微觀量子調控手段在量子多體系統中驗證了描述電荷與電場關係的高斯定理。

《自然》雜誌審稿人高度評價稱：「這是量子模擬方法研究晶格規範場的一個重要的裡程碑。它將受到多個學科領域的關注，從基本粒子、晶格規範場、和量子信息方面的理論學家，到原子分子光學、固態物理領域的實驗物理學家.」；「邁出了模擬晶格規範場理論的真正一步：從實現量子模擬器的模塊到對特定模型的完全模擬」。

規範場理論是現代物理學的根基，如描述基本粒子相互作用的量子電動力學、標準模型等都是滿足特定群對稱性的規範場理論。但是，各種規範場方程求解的計算複雜度之高，對超級計算機提出挑戰，量子計算機被寄予厚望。於是，專用量子計算機——量子模擬器應運而生。但是，在目前國際上對規範場模型的初步量子模擬研究中，要麼是體系太小，僅有2~4個粒子，不具備局域規範不變性；要麼無法同時產生規範場和物質場，更不能研究這兩種場之間的相互作用和轉化。