“71个格点的量子模拟器 成功求解量子电动力学方程”

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量子模拟器求解许多复杂的物理问题取得了划时代的进展！

来自中国科学技术大学等国内外机构的研究人员在超冷原子量子计算和模拟研究方面取得了重要突破，他们开发了专用量子计算机的71个晶格点的超冷原子光栅量子模拟器，成功地求解了量子力学方程施温格模型， 通过操纵其中束缚的超冷原子，首次模拟了规范场和物质场之间的相互作用和转化，从而观测到了局部规范不变性。 相关研究成果于11月19日在《自然》杂志上在线发表。

规范场理论是现代物理学的基础，主要用于描述基本粒子之间的相互作用、生成和消失过程。 随着规范场理论的半个多世纪的迅速发展，科学家们发现各种规范场方程求解多，复杂度非常高，对超级计算机的数值计算能力形成了严重的挑战。

因此，研制了一种称为量子模拟器的专用量子计算机，建立了晶格规范场模型，在实验中精密控制模拟器的各种参数以建立目标量子物质状态，利用量子气体显微镜图像等手段，观测了模拟的量子物质状态的相变、量子相关等性质。

在国际上，许多研究者利用超冷原子、囚禁离子等系统对规范场模型的基本单位进行了初步的量子模拟研究。 但是，这些实验系统太小，局部规范未变性或无法生成规范场和物质场，无法研究这两个场之间的相互作用和转化。 中国科学技术大学常务副校长、中国科学院院士潘建伟表示，这是因为迄今为止的研究未能观测到规范场理论最基本的特征——局部规范不变性。

为此，研究人员研制了71个格点的超冷原子量子模拟器，模拟了一维格点体系的施温格模型，实验观测了局部规范不变量，首次利用微观量子控制手段验证了量子多体系统描述电荷与电场关系的高斯定理，并规模化的量子模拟

《自然》杂志的评论员高度评价了这项事业。 他们认为，这项事业是量子模拟方法研究晶格规范场的重要里程碑，从实现量子模拟器的模块到特定模型的完整模拟，迈出了模拟晶格规范场理论的真正一步。

中国科学技术大学教授苑震生表示，未来的研究小组将采用量子模拟的方法，研究具有其他群体对称性的更高空间维度的规范场模型，宣传到远离平衡状态的规范场系统中，使其真正空 (记者陆成宽)