太好了,量子電動力學實驗:向大規模實施邁出了重要一步!

2020-11-26 騰訊網

物理學的基本定律建立在對稱性的基礎上，對稱性決定了帶電粒子之間的相互作用等等。現在，海德堡大學(Heidelberg University)科學家利用超冷原子實驗構建了量子電動力學的對稱性，他們希望為實現未來可以模擬複雜物理現象的量子技術獲得新見解，研究成果發表在《科學》期刊上。量子電動力學理論研究電子和輕粒子之間的電磁相互作用，它基於所謂的U(1)對稱性。

例如，U(1)對稱性規定了粒子的運動。通過實驗，海德堡大學物理學家們在教授Fred Jendrzejesski博士的指導下，試圖推進對這一複雜物理理論的有效研究，並在實驗中實現了一個基本的構建塊。海德堡大學基爾霍夫物理研究所(Kirchhoff Institute For Physical)艾美獎·諾特小組(Emmy Noether Group)負責人詹德澤傑斯基(Jendrzejesski)教授解釋說：

研究結果是朝著一個平臺邁出了重要的一步，該平臺由一系列適當連接的積木構建而成，用於大規模實施超冷原子中的量子電動力學。一個可能的應用是開發大規模量子設備，以模擬無法用粒子加速器研究的複雜物理現象。為這項研究開發的基本構件，也有助於研究材料研究中的問題，例如難以計算的強相互作用系統中的問題，科學家對開發量子計算技術非常感興趣。

這種技術可以模擬經典計算機無法達到的一系列物理現象。研究提出了一種用於U(1)格點規範理論量子模擬的模塊化方案，該方案基於一維光學晶格單阱中孤立兩個玻色子量子氣體的異核自旋變化碰撞，研究為陷阱設計了基本積木，並展示了它保持規範不變性的可靠操作，擬議方案的可擴展性潛力，為解決量子模擬規範理論連續體極限方面的挑戰提供了機會。

在物理學的基本定律中，規範場調節帶電粒子之間的相互作用。一個例子是基於U(1)規範對稱性電子與電磁場相互作用的量子理論。對於經典計算技術來說，求解此類規範理論通常是一個難題。儘管量子計算機提出了前進的方向，但用於複雜模擬的大規模數字量子設備很難建造，本研究提出了一個可擴展的一維U(1)規範理論的模擬量子模擬器。

利用原子混合物中物質間自旋變化碰撞，實現了具有自旋和物質無關囚禁勢的物質和規範場之間規範不變相互作用。研究在實驗上實現了基本構件，作為邁向連續規範理論量子模擬平臺的關鍵一步。

博科園｜研究/來自：海德堡大學

參考期刊《科學》

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