中国科大量子计算和量子模拟研究获重要突破 71个格点的量子模拟器成功求解量子电动力学方程

本报讯记者昨天从中国科大获悉，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。

规范场理论是现代物理学的根基。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，人们提出了开发一种被称为量子模拟器的专用量子计算机，来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。然而，此前的研究中都无法观测规范场理论最基本的特性——局域规范不变性。

为此，研究人员开发了71个格点的超冷原子量子模拟器，模拟一维格点体系的施温格模型，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，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进展。

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，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。

（记者 黎静）

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