【最新發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)新】
科技日報合肥7月15日電 (記者吳長鋒)記者從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校潘建偉、苑震生等與德國海德堡大學等國外相關(guān)研究人員合作，使用超冷原子量子模擬器，首次在實驗上證實了規(guī)范對稱性約束下量子多體熱化導(dǎo)致的初態(tài)信息“丟失”，取得了利用量子模擬方法求解復(fù)雜物理問題的重要進展。該成果于7月15日發(fā)表在《科學》雜志上。
規(guī)范場理論是現(xiàn)代物理學的基礎(chǔ)，在粒子物理學、宇宙學以及凝聚態(tài)物理學等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。然而，使用經(jīng)典計算機求解復(fù)雜的規(guī)范場理論是一個公認的難題，量子模擬器雖為此提供了新路徑，但還未在實驗上實現(xiàn)。
為解決以往量子模擬器中相干調(diào)控的粒子數(shù)太少和無法保證規(guī)范對稱性約束這兩個主要問題，中國科大研究團隊在超冷原子量子模擬器中提出并實現(xiàn)了光晶格中原子的深度制冷，解決了量子模擬器溫度過高、缺陷過多的問題，實驗制備了近百個原子級別的規(guī)模化量子模擬器；首次實現(xiàn)了利用大規(guī)模量子模擬器對格點規(guī)范場理論量子相變過程的實驗?zāi)M，驗證了過程中的規(guī)范不變性。
在此基礎(chǔ)上，研究團隊首次實驗研究了規(guī)范對稱性約束對量子多體系統(tǒng)熱化動力學的影響，并觀測到具有相同守恒量的不同初態(tài)熱化到同一個平衡態(tài)的過程，驗證了熱化過程造成的量子多體系統(tǒng)初態(tài)信息的“丟失”，建立了規(guī)范場理論早期非平衡動力學與最終熱平衡態(tài)之間的聯(lián)系，在使用規(guī)模化的量子模擬器求解復(fù)雜物理問題上取得重要進展。
《科學》審稿人認為，該研究“為超冷原子模擬格點規(guī)范場理論這一領(lǐng)域的發(fā)展作出了重要貢獻”“代表了量子模擬研究領(lǐng)域的前沿”。