我國(guó)科學(xué)家在71個(gè)格點(diǎn)的超冷原子量子模擬器中成功求解施溫格方程

    規(guī)范場(chǎng)理論是現(xiàn)代物理學(xué)的根基。然而，各種規(guī)范場(chǎng)方程求解的計(jì)算復(fù)雜度非常高，對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)的數(shù)值計(jì)算能力形成了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。于是，人們提出了開(kāi)發(fā)專用量子計(jì)算機(jī)---量子模擬器---構(gòu)建晶格規(guī)范場(chǎng)模型，在實(shí)驗(yàn)中通過(guò)對(duì)模擬器的各種參數(shù)的精準(zhǔn)調(diào)控制備目標(biāo)量子物態(tài)，并用量子氣體顯微鏡成像等手段，觀測(cè)所模擬的量子物態(tài)的相變、量子關(guān)聯(lián)等性質(zhì)，獲得待研究規(guī)范場(chǎng)模型的各種物理性質(zhì)。但是，這些實(shí)驗(yàn)研究中都無(wú)法觀測(cè)規(guī)范場(chǎng)理論局域規(guī)范不變性這一最基本特性。

    在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“量子調(diào)控與量子信息”重點(diǎn)專項(xiàng)等科技計(jì)劃的支持下，中國(guó)科大的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了獨(dú)特的自旋依賴超晶格、顯微鏡吸收成像、粒子數(shù)分辨探測(cè)等量子調(diào)控和測(cè)量技術(shù)，在超冷原子量子模擬器中首先實(shí)現(xiàn)了對(duì)Z2規(guī)范對(duì)稱性的規(guī)范場(chǎng)模型單元哈密頓量的研究；又提出并實(shí)現(xiàn)了光晶格中原子的深度制冷，解決了量子模擬器溫度過(guò)高缺陷過(guò)多的問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)制備了近百個(gè)原子級(jí)別的規(guī)?；孔幽M器；在以上研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)合，研究團(tuán)隊(duì)找到了Schwinger模型中正負(fù)粒子、電場(chǎng)與Hubbard模型中原子在格點(diǎn)上的各種占據(jù)構(gòu)型之間的映射關(guān)系，通過(guò)實(shí)驗(yàn)上的精確調(diào)控，在71個(gè)格點(diǎn)的超冷原子量子模擬器上模擬了一維格點(diǎn)體系的Schwinger模型，首次模擬了規(guī)范場(chǎng)與物質(zhì)場(chǎng)之間的相互作用和轉(zhuǎn)化、并由此觀測(cè)到了局域規(guī)范不變性，在使用規(guī)?；牧孔幽M器求解復(fù)雜物理問(wèn)題的道路上取得了突破性的進(jìn)展。