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            中外科學家用超冷原子量子模擬器成功求解施溫格方程

            來源:新華社 時間:2020-11-20 10:36

              新華社合肥11月19日電(記者徐海濤、董瑞豐)近期,中國科學技術大學潘建偉、苑震生等人與德國、意大利科學家合作,開發出一種專用型量子計算機——71個格點的超冷原子光晶格量子模擬器,對量子電動力學方程施溫格模型進行了成功模擬,取得了利用規?;孔佑嬎愫土孔幽M方法求解復雜物理問題的重要突破。11月19日,國際著名學術期刊《自然》雜志發表了該成果。

              規范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范場理論。迄今為止,標準模型成為統一描述強、弱、電磁三種相互作用的最成功的理論,楊振寧、米爾斯、溫伯格、費曼等科學家為此作出重要貢獻。但是,求解各種規范場方程的計算復雜度非常高,對超級計算機的數值計算能力形成重大挑戰。

              近年來,國際科學界試圖開發“量子模擬器”這種專用型量子計算機,制備目標量子物態,獲得規范場模型的各種物理性質。多個知名國際科研機構用超冷原子、囚禁離子等體系對規范場模型的基本單元進行了初步的量子模擬研究,但在實驗中遇到一系列難題。

              近期,中科大研究團隊開發了獨特的自旋依賴超晶格、顯微鏡吸收成像、粒子數分辨探測等量子調控和測量技術,解決以往的量子模擬器中相干調控的粒子數太少和無法同時產生規范場、物質場的兩個主要問題。

              通過實驗上的精確調控,他們在71個格點的超冷原子量子模擬器上模擬了一維格點體系的施溫格方程模型,首次模擬了規范場與物質場之間的相互作用和轉化,并由此觀測到了局域規范不變性,驗證了高斯定理,在使用規?;牧孔幽M器求解復雜物理問題的道路上取得了突破性進展。

              《自然》雜志審稿人對此給予高度評價,認為這是“量子模擬方法研究晶格規范場的一個重要里程碑”,取得的成果將對量子信息、原子分子光學、固態物理等科研領域產生積極影響。(完)


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