我科学家在量子计算和量子模拟研究领域获重要突破!

经济日报 阅读:74109 2020-11-20 16:17:22

原标题:我科学家在量子计算和量子模拟研究领域获重要突破!

小编从中国科学技术大学获悉,该校潘建伟、苑震生等人与德国海德堡大学、意大利特伦托大学的合作者在超冷原子量子计算和模拟研究中取得重要突破:

他们开发了一种专用的量子计算机,通过操控束缚的超冷原子(利用激光制冷等冷却手段将原子制备到温度极低),从实验上观测到了局域规范不变量,取得了利用规模化量子计算和量子模拟方法求解复杂物理问题的重要突破。

北京时间11月19日,国际著名学术期刊《自然》杂志发表了该研究成果。

示意图:规范场理论描述基本粒子之间的相互作用、产生和湮灭过程,这一过程可以用晶格中超冷原子之间的相互作用及其在晶格中的排布模式来模拟。(制图:石千惠、梁琰)

规范场理论是现代物理学的根基,如迄今为止统一描述强、弱、电磁三种相互作用的最成功的理论——标准模型,就是满足特定群对称性的规范场理论的一种。而规范不变性作为“理论背后的理论”,则是构造规范场理论的基本原理。

在规范场理论的发展过程中,杨振宁、米尔斯、温伯格、费曼等科学家都做出了重要的贡献。

但伴随着规范场理论半个多世纪的发展,科学家们发现各种规范场方程求解的计算复杂度非常高,即便是超级计算机也“束手无策”。

在此背景下,科学家们提出了开发专用量子计算机,以获得待研究规范场模型的各种物理性质。不过,此前的研究都无法观测规范场理论最基本的特性——局域规范不变性。

此次研究中,中国科大的研究团队开发了独特的量子调控和测量技术,首次观测到了局域规范不变性(验证了高斯定理),在求解复杂物理问题的道路上取得了突破性的进展。

《自然》杂志的审稿人认为,这项工作是量子模拟方法研究规范场理论的一个重要的里程碑,也是相关交叉学科研究的里程碑。

据了解,在上述相关工作的基础上,该团队将进一步使用量子模拟的方法研究具有其他群对称性的、更高空间维度的规范场模型,并研究其他重要物理难题。

近年来,潘建伟研究团队在利用超冷原子产生大规模量子纠缠态进行量子计算、构建拓扑量子计算系统等方面取得了一系列原创性的科研成果,成为国际上超冷原子量子计算和量子模拟领域的领跑团队之一。

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