新華社安徽11月19日電（記者徐海濤、董瑞豐）近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院潘建偉、苑震生等人與日本、意大利科學(xué)家合作，開(kāi)發(fā)出一種專(zhuān)用型量子計(jì)算機(jī)——71個(gè)格點(diǎn)的超冷原子光晶格量子模擬器物理實(shí)驗(yàn)室模擬器初中，對(duì)量子電動(dòng)熱學(xué)多項(xiàng)式施溫格模型進(jìn)行了成功模擬，取得了借助規(guī)模化量子估算和量子模擬方法求解復(fù)雜數(shù)學(xué)問(wèn)題的重要突破。11月19日，國(guó)際知名學(xué)術(shù)刊物《自然》雜志發(fā)表了該成果。
規(guī)范場(chǎng)理論是現(xiàn)代數(shù)學(xué)學(xué)的根基，如描述基本粒子互相作用的量子電動(dòng)熱學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)模型等都是滿(mǎn)足特定群對(duì)稱(chēng)性的規(guī)范場(chǎng)理論。迄今為止，標(biāo)準(zhǔn)模型成為統(tǒng)一描述強(qiáng)、弱、電磁三種互相作用的最成功的理論，楊振寧、米爾斯、溫伯格、費(fèi)曼等科學(xué)家因此做出重要貢獻(xiàn)。并且物理實(shí)驗(yàn)室模擬器初中，求解各類(lèi)規(guī)范場(chǎng)多項(xiàng)式的估算復(fù)雜度十分高，對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)的數(shù)值估算能力產(chǎn)生重大挑戰(zhàn)。
近些年來(lái)，國(guó)際科學(xué)界企圖開(kāi)發(fā)“量子模擬器”這種專(zhuān)用型量子計(jì)算機(jī)，制備目標(biāo)量子物態(tài)，獲得規(guī)范場(chǎng)模型的各類(lèi)數(shù)學(xué)性質(zhì)。多個(gè)著名國(guó)際科研機(jī)構(gòu)用超冷原子、囚禁離子等體系對(duì)規(guī)范場(chǎng)模型的基本單元進(jìn)行了初步的量子模擬研究，但在實(shí)驗(yàn)中遇見(jiàn)一系列困局。
近日，中科大研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了奇特的載流子依賴(lài)超晶格、顯微鏡吸收成像、粒子數(shù)區(qū)分偵測(cè)等量子調(diào)控和檢測(cè)技術(shù)，解決往年的量子模擬器中相干調(diào)控的粒子數(shù)太少和難以同時(shí)形成規(guī)范場(chǎng)、物質(zhì)場(chǎng)的兩個(gè)主要問(wèn)題。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)上的精確調(diào)控，她們?cè)?1個(gè)格點(diǎn)的超冷原子量子模擬器上模擬了一維格點(diǎn)體系的施溫格多項(xiàng)式模型，首次模擬了規(guī)范場(chǎng)與物質(zhì)場(chǎng)之間的互相作用和轉(zhuǎn)化，并由此觀(guān)測(cè)到了局域規(guī)范不變性，驗(yàn)證了高斯定律,在使用規(guī)模化的量子模擬器求解復(fù)雜數(shù)學(xué)問(wèn)題的公路上取得了突破性進(jìn)展。
《自然》雜志審稿人對(duì)此給與高度評(píng)價(jià)，覺(jué)得這是“量子模擬方式研究晶格規(guī)范場(chǎng)的一個(gè)重要里程碑”，取得的成果將對(duì)量子信息、原子分子光學(xué)、固態(tài)化學(xué)等科研領(lǐng)域形成積極影響。