化工儀器網手機版
移動端訪問更便捷
我國學者在超冷原子量子計算和模擬研究方面取得進展
2021年01月08日 14:36:19
來源：數理科學部 點擊量：4604
在國家自然科學基金項目(批準號：11874341)等資助下，中國科學技術大學潘建偉教授、苑震生教授等與德國海德堡大學、意大利特倫托(Trento)大學的合作者在超冷原子量子計算和模擬研究方面取得進展，在71個格點的超冷原子量子模擬器上模擬了一維格點體系的施溫格爾(Schwinger)模型，首次在量子多體系統中驗證了描述電荷與電場關系的高斯定理。相關研究成果以“在71格點量子模擬器中觀測規范不變性(
【化工儀器網 科技前沿】在國家自然科學基金項目(批準號：11874341)等資助下，中國科學技術大學潘建偉教授、苑震生教授等與德國海德堡大學、意大利特倫托(Trento)大學的合作者在超冷原子量子計算和模擬研究方面取得進展，在71個格點的超冷原子量子模擬器上模擬了一維格點體系的施溫格爾(Schwinger)模型，首次在量子多體系統中驗證了描述電荷與電場關系的高斯定理。相關研究成果以“在71格點量子模擬器中觀測規范不變性(Observation of gauge invariance in 71-site Bose-Hubbard quantum simulator)”為題，于2020年11月19日發表在《自然》(Nature)雜志上。文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2910-8。 
規范場理論是現代物理學中描述微觀世界標準模型理論的基礎，各種規范場方程的求解計算非常復雜，對超級計算機的計算能力提出挑戰，開發專用量子計算機(量子模擬器)來求解規范場方程成為一種可能。研究人員用超冷原子、囚禁離子等量子體系對規范場模型的基本單元進行了初步量子模擬研究，但這些研究因為體系太小(僅有2-4個粒子)不具備局域規范不變性，或者無法同時產生規范場和物質場，不能研究兩種場之間的相互作用和轉化。
研究團隊在前期研究中開發了獨特的自旋依賴超晶格、顯微鏡吸收成像、粒子數分辨探測等量子調控和測量技術，提出并實現了光晶格中原子的深度制冷，制備出了近百個原子的規模化量子模擬器。在前期研究的基礎上，該團隊與其合作者通過實驗和理論結合，找到了Schwinger模型中正負粒子、電場與哈伯德(Hubbard)模型中原子在格點上各種占據構型之間的映射關系；開發了區分奇偶格點上原子的高精度控制方法，利用原子之間碰撞屬性和相互作用帶來的量子態演化實現了對格點上原子布局數的成像測量；在71個格點的超冷原子量子模擬器上模擬了一維格點體系的Schwinger模型，首次模擬了規范場與物質場之間的相互作用和轉化，并觀測到局域規范不變性，從而驗證了高斯定理，在規模化的量子模擬器求解復雜物理問題的道路上取得了突破性進展。
這項研究同時模擬了規范場、物質場及其相互轉化，在適當拓展之后具備超越經典超級計算機求解類似問題的潛力，可用于其它群對稱性的更高空間維度的規范場模型研究，并可推廣到研究解決遠離平衡態的規范場系統等重要物理難題。
圖1：一維格點Schwinger模型描述正反粒子通過電場傳遞相互作用，而正負粒子湮滅后轉化成了電場激發。一維Hubbard模型描述光晶格中的冷原子隧穿和相互作用的過程，在特定的勢阱形狀下，一維Hubbard模型與Schwinger模型的群對稱性相同。
圖1：一維格點Schwinger模型描述正反粒子通過電場傳遞相互作用，而正負粒子湮滅后轉化成了電場激發。一維Hubbard模型描述光晶格中的冷原子隧穿和相互作用的過程，在特定的勢阱形狀下，一維Hubbard模型與Schwinger模型的群對稱性相同。
相關閱讀 Related Reading
查看更多+-
項目名稱：京東方硅基微顯示項目,項目編號：4197-254BOEBMVT01/17,招標范圍：原子層沉積設備,招標機構：中電商務（...2025-07-04 11:45:19
-
項目名稱：第6代TFT-LCD生產線柔性化轉型技改項目，項目編號：4197-2140BOEHFG62/42，招標范圍：改造_等離子...2025-07-03 14:32:55
-
項目名稱：Phase3-1 在線蒸鍍膜厚測量設備，項目編號：0730-254010020003/41，招標范圍：Phase3-1 ...2025-06-03 11:51:54
-
近日，南京大學就“南京大學金屬有機化合物化學氣相沉積系統”項目發布公開招標公告，預算金額為1250萬元。2025-04-24 10:55:37
-
項目名稱：12英寸硅基OLED項目,項目編號：4197-214BOEBMOT02/46,招標范圍：等離子體增強化學氣相沉積裝置,招...2025-04-17 13:40:16
-
項目名稱：等離子增強型化學氣相沉積設備，項目編號：0730-254010020003/09，招標范圍：等離子增強型化學氣相沉積設備...2025-04-10 10:44:51
版權與免責聲明
- ①凡本網注明“來源：化工儀器網”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網絡有限公司-化工儀器網合法擁有版權或有權使用的作品，未經本網授權不得轉載、摘編或利用其他方式使用上述作品。已經本網授權使用作品的，應在授權范圍內使用，并注明“來源：化工儀器網”。違反上述聲明者，本網將追究其相關法律責任。
- ②本網轉載并注明自其他來源（非化工儀器網）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責，不承擔此類作品侵權行為的直接責任及連帶責任。其他媒體、網站或個人從本網轉載時，必須保留本網注明的作品第一來源，并自負版權等法律責任。
- ③如涉及作品內容、版權等問題，請在作品發表之日起一周內與本網聯系，否則視為放棄相關權利。
