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威尼斯正规官网:【央广网】中国科大量子计算和量子模拟研究获重要突破

时间:2020-11-23 22:31:21 来源:央广网

  央广网合肥11月19日消息(记者 刘军)记者从威尼斯正规官网获悉,该校潘建伟、苑震生等与德国海德堡大学、意大利特伦托大学的合作者在超冷原子量子计算和模拟研究中取得重要突破,他们开发了一种专用的量子计算机---71个格点的超冷原子光晶格量子模拟器,对量子电动力学方程施温格模型进行了成功模拟,通过操控束缚在其中的超冷原子,从实验上观测到了局域规范不变量,首次使用微观量子调控手段在量子多体系统中验证了描述电荷与电场关系的高斯定理,取得了利用规模化量子计算和量子模拟方法求解复杂物理问题的重要突破。北京时间11月19日,国际著名学术期刊《自然》杂志发表了该研究成果。


  规范场理论是现代物理学的根基,如描述基本粒子相互作用的量子电动力学、标准模型等都是满足特定群对称性的规范场理论。伴随着规范场理论半个多世纪的发展,科学家们发现各种规范场方程求解的计算复杂度非常高,对超级计算机的数值计算能力形成了严重的挑战。于是,科学家提出了开发专用量子计算机---量子模拟器---构建晶格规范场模型,在实验中通过对模拟器的各种参数的精准调控制备目标量子物态,并用量子气体显微镜成像等手段,观测所模拟的量子物态的相变、量子关联等性质,获得待研究规范场模型的各种物理性质。


  但在以往的实验中,受到相干调控粒子数太少、无法同时产生规范场和物质场等因素限制,研究者都无法观测规范场理论最基本的特性——局域规范不变性。为了解决这两个主要问题,中国科大的研究团队开发了独特的自旋依赖超晶格、显微镜吸收成像、粒子数分辨探测等量子调控和测量技术,在超冷原子量子模拟器中首先实现了对Z2规范对称性的规范场模型单元哈密顿量的研究;又提出并实现了光晶格中原子的深度制冷,解决了量子模拟器温度过高缺陷过多的问题,实验制备了近百个原子级别的规模化量子模拟器。


  在以上研究的基础上,通过实验和理论结合,该联合研究团队通过实验上的精确调控,在71个格点的超冷原子量子模拟器上模拟了一维格点体系的施温格模型,首次模拟了规范场与物质场之间的相互作用和转化、并由此观测到了局域规范不变性(验证了高斯定理),在使用规模化的量子模拟器求解复杂物理问题的道路上取得了突破性的进展。


  《自然》杂志的审稿人对此工作给予了高度评价:认为这项工作“是量子模拟方法研究晶格规范场的一个重要的里程碑……该工作同时模拟了物质场和规范。窍喙亟徊嫜Э蒲芯康睦锍瘫。它将受到多个学科领域的关注,从基本粒子、晶格规范场、和量子信息方面的理论学家,到原子分子光学、固态物理领域的实验物理学家.”;“迈出了模拟晶格规范场理论的真正一步:从实现量子模拟器的模块到对特定模型的完全模拟。”


  据了解,近年来,潘建伟研究团队在利用超冷原子产生大规模量子纠缠态进行量子计算、构建拓扑量子计算系统、模拟凝聚态超流模型、模拟人工规范场、开展超冷化学研究等方面取得了一系列原创性的科研成果,已在《自然》、《科学》等国际著名学术期刊上发表论文17篇,成为国际上超冷原子量子计算和量子模拟领域的领跑团队之一。该研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中科院、教育部和安徽省等的支持。


  央广网2020年11月19日

  http://news.cnr.cn/native/city/20201119/t20201119_525335834.shtml


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