規(guī)范場理論是現(xiàn)代物理學(xué)的根基。然而，各種規(guī)范場方程求解的計算復(fù)雜度非常高，對超級計算機的數(shù)值計算能力形成了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。于是，人們提出了開發(fā)專用量子計算機---量子模擬器---構(gòu)建晶格規(guī)范場模型，在實驗中通過對模擬器的各種參數(shù)的精準(zhǔn)調(diào)控制備目標(biāo)量子物態(tài)，并用量子氣體顯微鏡成像等手段，觀測所模擬的量子物態(tài)的相變、量子關(guān)聯(lián)等性質(zhì)，獲得待研究規(guī)范場模型的各種物理性質(zhì)。但是，這些實驗研究中都無法觀測規(guī)范場理論局域規(guī)范不變性這一最基本特性。
在國家重點研發(fā)計劃“量子調(diào)控與量子信息”重點專項等科技計劃的支持下，中國科大的研究團隊開發(fā)了獨特的自旋依賴超晶格、顯微鏡吸收成像、粒子數(shù)分辨探測等量子調(diào)控和測量技術(shù)，在超冷原子量子模擬器中首先實現(xiàn)了對Z2規(guī)范對稱性的規(guī)范場模型單元哈密頓量的研究；又提出并實現(xiàn)了光晶格中原子的深度制冷，解決了量子模擬器溫度過高缺陷過多的問題，實驗制備了近百個原子級別的規(guī)模化量子模擬器；在以上研究的基礎(chǔ)上，通過實驗和理論結(jié)合，研究團隊找到了Schwinger模型中正負粒子、電場與Hubbard模型中原子在格點上的各種占據(jù)構(gòu)型之間的映射關(guān)系，通過實驗上的精確調(diào)控，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(guī)范場與物質(zhì)場之間的相互作用和轉(zhuǎn)化、并由此觀測到了局域規(guī)范不變性，在使用規(guī)?；牧孔幽M器求解復(fù)雜物理問題的道路上取得了突破性的進展。
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