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中國科大量子計算和量子模擬研究獲重要突破

71個格點的量子模擬器成功求解量子電動力學方程

記者昨天從中國科大獲悉,該校潘建偉、苑震生等與德國海德堡大學、意大利特倫託大學的合作者在超冷原子量子計算和模擬研究中取得重要突破,他們開發了一種專用的量子計算機—71個格點的超冷原子光晶格量子模擬器,對量子電動力學方程施温格模型進行了成功模擬,通過操控束縛在其中的超冷原子,從實驗上觀測到了局域規範不變量,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,取得了利用規模化量子計算和量子模擬方法求解複雜物理問題的重要突破。

規範場理論是現代物理學的根基。伴隨着規範場理論半個多世紀的發展,科學家們發現各種規範場方程求解的計算複雜度非常高,對超級計算機的數值計算能力形成了嚴重的挑戰。

於是,人們提出了開發一種被稱為量子模擬器的專用量子計算機,來構建晶格規範場模型,在實驗中通過對模擬器的各種參數的精準調控制備目標量子物態,並用量子氣體顯微鏡成像等手段,觀測所模擬的量子物態的相變、量子關聯等性質,獲得待研究規範場模型的各種物理性質。然而,此前的研究中都無法觀測規範場理論最基本的特性——局域規範不變性。

為此,研究人員開發了71個格點的超冷原子量子模擬器,模擬一維格點體系的施温格模型,從實驗上觀測到了局域規範不變量,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,在使用規模化的量子模擬器求解複雜物理問題的道路上取得了突破性進展。

審稿人對此工作給予了高度評價,認為這項工作是量子模擬方法研究晶格規範場的一個重要的里程碑,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。

(記者 黎靜)

編輯: 朱芳穎 返回香港申通香港申通
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