中國科大在超冷原子量子模擬獲重要進展

2022年07月15日21:25

中新網合肥7月15日電 (記者 吳蘭)記者15日從中國科學技術大學獲悉,該校潘建偉、苑震生等與德國海德堡大學、奧地利因斯布魯克大學、意大利特倫託大學的相關研究人員合作,在超冷原子量子模擬獲重要進展。

  據介紹,合作者使用超冷原子量子模擬器,首次在實驗上證實了規範對稱性約束下量子多體熱化導致的初態信息“丟失”,取得了利用量子模擬方法求解複雜物理問題的重要進展。

  北京時間7月15日,國際著名學術期刊《科學》(Science)雜誌發表了該研究成果。

  規範場理論是現代物理學的基礎,在粒子物理學、宇宙學以及凝聚態物理學等領域獲得廣泛應用。

  由於其求解複雜度高,規範場理論體系中仍有很多開放問題。其中,規範場理論描述的物理系統是否可以從遠離平衡態經過演化達到熱平衡,就是一個備受關注並極具挑戰的問題。這一問題的解決,有助於人們理解高能物理中重核碰撞的問題,也將為現代宇宙學中大爆炸早期物質的形成提供物理解釋。

  但使用經典計算機求解複雜的規範場理論是一個公認的難題,量子模擬器為解決這一問題提供了新路徑。

  為解決以往的量子模擬器中無法保證規範對稱性約束等問題,研究團隊開發了獨特的粒子數分辨探測等量子調控和測量技術,在超冷原子量子模擬器中提出並實現了光晶格中原子的深度製冷,解決了量子模擬器溫度過高缺陷過多的問題,實驗製備了近百個原子級別的規模化量子模擬器;並首次實現了利用大規模量子模擬器對格點規範場理論量子相變過程的實驗模擬,驗證了過程中的規範不變性。

  在此基礎上,通過實驗和理論結合首次實驗研究了規範對稱性約束對量子多體系統熱化動力學的影響,並且觀測到具有相同守恒量的不同初態熱化到同一個平衡態的過程,驗證了熱化過程造成的量子多體系統初態信息的“丟失”,建立了規範場理論早期非平衡動力學與最終熱平衡態之間的聯繫,在使用規模化的量子模擬器求解複雜物理問題上取得重要進展。

  《科學》審稿人認為,該研究“為超冷原子模擬格點規範場理論這一領域的發展做出了重要貢獻”“代表了量子模擬研究領域的前沿。”(完)

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