中外科学家用过冷原子量子模拟器成功求解雪旺方程

2020-11-23 10:55   来源: 互联网    阅读次数:3649

最近,中国科技大学的潘建伟和袁振生与德国和意大利科学家合作,开发了一台特殊的量子计算机--71格点过冷原子光学晶格量子模拟器,成功地模拟了量子电动力学方程的施万模型,并在利用大规模量子计算和量子模拟方法解决复杂物理问题方面取得了重大突破。11月19日,国际著名学术期刊"自然"杂志发表了这一结果。


规范场理论是描述基本粒子相互作用的量子电动力学和标准模型等现代物理学的基础,满足特定群群的对称性。到目前为止,标准模型已成为描述强、弱和电磁相互作用最成功的理论。杨振宁、米尔斯、温伯格、费曼等科学家对此做出了重要贡献。然而,求解各种规范场方程的计算复杂性很高,这对超级计算机的数值计算能力提出了极大的挑战。


近年来,国际科学界试图研制一种特殊的量子计算机"量子模拟器",以制备靶量子态,获得规范场模型的各种物理性质。许多国际著名的科研机构对带过冷原子、俘获离子等系统的规范场模型的基本单元进行了初步的量子模拟,但在实验中遇到了一系列困难问题。


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最近,中国科技大学的研究团队开发了独特的量子控制和测量技术,如自旋相关超晶格技术、微观吸收成像技术、粒子数分辨率检测技术等,以解决以往量子模拟器中粒子相干控制的两个主要问题,即既不能同时产生规范场又不能同时产生物质场的量子控制技术。


通过实验中的精确控制,在71格点过冷原子量子模拟器上模拟一维点阵点系统的Schwann方程模型,首次模拟规范场与物质场的相互作用和转换,观测到局域规范不变性,验证了Gauss定理,并在使用大型量子模拟器解决复杂物理问题的道路上取得了突破。


自然"杂志的评论员对此给予高度评价,认为这是"用量子模拟方法研究格点规范场的一个重要里程碑",其结果将对量子信息、原子和分子光学、固体物理学等科学领域产生积极的影响。




责任编辑:无量渡口
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