量子模拟方法求解复杂物理问题获重要进展

科技日报记者 吴长锋

记者从中国科学技术大学获悉，该校潘建伟、苑震生等与德国海德堡大学等国外相关研究人员合作，使用超冷原子量子模拟器，首次在实验上证实了规范对称性约束下量子多体热化导致的初态信息“丢失”，取得了利用量子模拟方法求解复杂物理问题的重要进展。该成果于7月15日发表在《科学》杂志上。

规范场理论是现代物理学的基础，在粒子物理学、宇宙学以及凝聚态物理学等领域获得广泛应用。然而，使用经典计算机求解复杂的规范场理论是一个公认的难题，量子模拟器虽为此提供了新路径，但还未在实验上实现。

为解决以往量子模拟器中相干调控的粒子数太少和无法保证规范对称性约束这两个主要问题，中国科大研究团队在超冷原子量子模拟器中提出并实现了光晶格中原子的深度制冷，解决了量子模拟器温度过高、缺陷过多的问题，实验制备了近百个原子级别的规模化量子模拟器；首次实现了利用大规模量子模拟器对格点规范场理论量子相变过程的实验模拟，验证了过程中的规范不变性。

在此基础上，研究团队首次实验研究了规范对称性约束对量子多体系统热化动力学的影响，并观测到具有相同守恒量的不同初态热化到同一个平衡态的过程，验证了热化过程造成的量子多体系统初态信息的“丢失”，建立了规范场理论早期非平衡动力学与最终热平衡态之间的联系，在使用规模化的量子模拟器求解复杂物理问题上取得重要进展。

《科学》审稿人认为，该研究“为超冷原子模拟格点规范场理论这一领域的发展作出了重要贡献”“代表了量子模拟研究领域的前沿”。