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最近，中國(guó)科技大學(xué)的潘建偉和袁振生與德國(guó)和意大利科學(xué)家合作，開發(fā)了一臺(tái)特殊的量子計(jì)算機(jī)--71格點(diǎn)過冷原子光學(xué)晶格量子模擬器，成功地模擬了量子電動(dòng)力學(xué)方程的施萬模型，并在利用大規(guī)模量子計(jì)算和量子模擬方法解決復(fù)雜物理問題方面取得了重大突破。11月19日，國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊"自然"雜志發(fā)表了這一結(jié)果。

規(guī)范場(chǎng)理論是描述基本粒子相互作用的量子電動(dòng)力學(xué)和標(biāo)準(zhǔn)模型等現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)，滿足特定群群的對(duì)稱性。到目前為止，標(biāo)準(zhǔn)模型已成為描述強(qiáng)、弱和電磁相互作用最成功的理論。楊振寧、米爾斯、溫伯格、費(fèi)曼等科學(xué)家對(duì)此做出了重要貢獻(xiàn)。然而，求解各種規(guī)范場(chǎng)方程的計(jì)算復(fù)雜性很高，這對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)的數(shù)值計(jì)算能力提出了極大的挑戰(zhàn)。

近年來，國(guó)際科學(xué)界試圖研制一種特殊的量子計(jì)算機(jī)"量子模擬器"，以制備靶量子態(tài)，獲得規(guī)范場(chǎng)模型的各種物理性質(zhì)。許多國(guó)際著名的科研機(jī)構(gòu)對(duì)帶過冷原子、俘獲離子等系統(tǒng)的規(guī)范場(chǎng)模型的基本單元進(jìn)行了初步的量子模擬，但在實(shí)驗(yàn)中遇到了一系列困難問題。

最近，中國(guó)科技大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了獨(dú)特的量子控制和測(cè)量技術(shù)，如自旋相關(guān)超晶格技術(shù)、微觀吸收成像技術(shù)、粒子數(shù)分辨率檢測(cè)技術(shù)等，以解決以往量子模擬器中粒子相干控制的兩個(gè)主要問題，即既不能同時(shí)產(chǎn)生規(guī)范場(chǎng)又不能同時(shí)產(chǎn)生物質(zhì)場(chǎng)的量子控制技術(shù)。

通過實(shí)驗(yàn)中的精確控制，在71格點(diǎn)過冷原子量子模擬器上模擬一維點(diǎn)陣點(diǎn)系統(tǒng)的Schwann方程模型，首次模擬規(guī)范場(chǎng)與物質(zhì)場(chǎng)的相互作用和轉(zhuǎn)換，觀測(cè)到局域規(guī)范不變性，驗(yàn)證了Gauss定理，并在使用大型量子模擬器解決復(fù)雜物理問題的道路上取得了突破。

自然"雜志的評(píng)論員對(duì)此給予高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為這是"用量子模擬方法研究格點(diǎn)規(guī)范場(chǎng)的一個(gè)重要里程碑"，其結(jié)果將對(duì)量子信息、原子和分子光學(xué)、固體物理學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生積極的影響。