量子模擬方法求解複雜物理問題獲重要進展

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科技日報合肥7月15日電 （記者吳長鋒）記者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等國外相關研究人員合作，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。該成果於7月15日發表在《科學》雜誌上。

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。然而，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，量子模擬器雖為此提供了新路徑，但還未在實驗上實現。

為解決以往量子模擬器中相干調控的粒子數太少和無法保證規範對稱性約束這兩個主要問題，中國科大研究團隊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，解決了量子模擬器温度過高、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；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，研究團隊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，並觀測到具有相同守恆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作出了重要貢獻”“代表了量子模擬研究領域的前沿”。