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中新網(wǎng)合肥8月11日電 (記者 吳蘭)記者11日從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉、苑震生等與清華大學翟薈、蘭州大學么志遠等合作，使用自主開發(fā)的超冷原子量子模擬器，在量子模擬上取得新進展。
該項研究成果近日以“編輯推薦”的形式發(fā)表在國際權威學術期刊《物理評論快報》(Physical Review Letters)上。
規(guī)范理論和統(tǒng)計力學是物理學的兩大重要基礎理論。近年來，超冷原子量子模擬器的出現(xiàn)為同時研究規(guī)范理論和統(tǒng)計物理提供了理想的實驗平臺。規(guī)范理論所描述的物理體系能否通過熱化過程到達平衡態(tài)？這些問題的解決有助于回答宇宙早期演化等這類遠離平衡態(tài)的復雜物理問題。
2020年，中國科大的研究團隊開發(fā)了71個格點的超冷原子光晶格量子模擬器。2022年，研究團隊對格點規(guī)范場理論中非平衡態(tài)過渡到平衡態(tài)的熱化動力學進行了模擬，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致的初態(tài)信息“丟失”。
近期，本工作的合作者翟薈和么志遠等通過理論研究指出，在此類格點規(guī)范模型中，量子熱化和量子相變之間存在關聯(lián)，預言系統(tǒng)只有在量子相變點附近才能達到完全的熱化。進一步觀測格點規(guī)范理論的量子熱化和量子相變之間的關系，對之前的實驗能力提出了新的挑戰(zhàn)：如何在單格點精度原位地、可區(qū)分原子數(shù)地操控和探測多體量子態(tài)。
潘建偉、苑震生團隊在已有的超冷原子量子模擬器基礎上，開發(fā)了單格點精度、粒子數(shù)可分辨的原子操作和檢測技術。基于此，制備和探測任意原子構(gòu)型的多原子量子態(tài)，并在滿足規(guī)范對稱性約束下，追蹤多體量子態(tài)的動力學演化過程。
在該工作中，他們在實驗中制備了特殊原子構(gòu)型的初態(tài)，利用絕熱演化的方法研究了滿足規(guī)范對稱性約束的量子相變過程，通過有限尺寸標度理論首次在實驗中精確地確定了相變點。同時，他們研究了同一構(gòu)型初態(tài)在遠離平衡條件時的退火動力學過程，揭示了具備規(guī)范對稱性的多體系統(tǒng)處于量子相變臨界點附近時易于熱化到平衡態(tài)的規(guī)律。(完)
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