我国科学家在71个格点的超冷原子量子模拟器中成功求解施温格方程

量子模拟器 模拟器技术
研值Bang    2020-12-17    268

规范场理论是现代物理学的根基。然而,各种规范场方程求解的计算复杂度非常高,对超级计算机的数值计算能力形成了严重挑战。于是,人们提出了开发专用量子计算机---量子模拟器---构建晶格规范场模型,在实验中通过对模拟器的各种参数的精准调控制备目标量子物态,并用量子气体显微镜成像等手段,观测所模拟的量子物态的相变、量子关联等性质,获得待研究规范场模型的各种物理性质。但是,这些实验研究中都无法观测规范场理论局域规范不变性这一最基本特性。

  在国家重点研发计划“量子调控与量子信息”重点专项等科技计划的支持下,中国科大的研究团队开发了独特的自旋依赖超晶格、显微镜吸收成像、粒子数分辨探测等量子调控和测量技术,在超冷原子量子模拟器中首先实现了对Z2规范对称性的规范场模型单元哈密顿量的研究;又提出并实现了光晶格中原子的深度制冷,解决了量子模拟器温度过高缺陷过多的问题,实验制备了近百个原子级别的规模化量子模拟器;在以上研究的基础上,通过实验和理论结合,研究团队找到了Schwinger模型中正负粒子、电场与Hubbard模型中原子在格点上的各种占据构型之间的映射关系,通过实验上的精确调控,在71个格点的超冷原子量子模拟器上模拟了一维格点体系的Schwinger模型,首次模拟了规范场与物质场之间的相互作用和转化、并由此观测到了局域规范不变性,在使用规模化的量子模拟器求解复杂物理问题的道路上取得了突破性的进展。


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