规范场

《自然》杂志的审稿人对此工作给予了高度评价，认为这项工作“是量子模拟方法研究晶格规范场的一个重要的里程碑……该工作同时模拟了物质场和规范场，是相关交叉学科研究的里程碑。

《自然》审稿人评价认为，这项研究工作“是量子模拟方法研究晶格规范场的一个重要的里程碑”“该工作同时模拟了物质场和规范场，是相关交叉学科研究的里程碑”“迈出了模拟晶格规范场理论的真正一步：从实现量子模拟器的模块到对特定模型的完全模拟”。

苑震生透露，在此次科研突破成果相关工作基础上，中国科大团队后续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，并可推广到远离平衡态的规范场系统，研究真空衰变、与拓扑角度相关的动力学过程等重要物理难题。

“在国际上，有不少研究人员用超冷原子、囚禁离子等体系对规范场模型的基本单元进行了初步的量子模拟研究。

中国科技大学教授苑震生表示，未来研究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，并可推广到远离平衡态的规范场系统，研究真空衰变、与拓扑角度相关的动力学过程等重要物理难题。

于是，人们提出了开发一种被称为量子模拟器的专用量子计算机，来构建晶格规范场模型，在实验中通过对模拟器各种参数的精准调控来制备目标量子物态，并用量子气体显微镜成像等手段，观测所模拟的量子物态的相变、量子关联等性质，获得待研究规范场模型的各种物理性质。

为了解决以往的量子模拟器中相干调控的粒子数太少和无法同时产生规范场、物质场的两个主要问题，中国科大的研究团队开发了独特的自旋依赖超晶格、显微镜吸收成像、粒子数分辨探测等量子调控和测量技术，在超冷原子量子模拟器中首先实现了对z2规范对称性的规范场模型单元哈密顿量的研究；

国际上，马普量子光学所、苏黎世联邦理工学院、哈佛大学、中国科大、因斯布鲁克大学等机构的研究人员用超冷原子、囚禁离子等体系对规范场模型的基本单元进行了初步的量子模拟研究。

在上述相关工作基础上，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，并可推广到远离平衡态的规范场系统，研究真空衰变、与拓扑角度相关的动力学过程等重要物理难题。

于是，人们提出了开发专用量子计算机---量子模拟器---构建晶格规范场模型，在实验中通过对模拟器的各种参数的精准调控制备目标量子物态，并用量子气体显微镜成像等手段，观测所模拟的量子物态的相变、量子关联等性质，获得待研究规范场模型的各种物理性质。

于是，人们提出开发专用量子计算机——量子模拟器——构建晶格规范场模型，在实验中通过对模拟器的各种参数的精准调控制备目标量子物态，并用量子气体显微镜成像等手段，观测所模拟的量子物态的相变、量子关联等性质，获得待研究规范场模型的各种物理性质。

《自然》杂志的审稿人对此工作给予了高度评价，认为这项工作“是量子模拟方法研究晶格规范场的一个重要的里程碑……该工作同时模拟了物质场和规范场，是相关交叉学科研究的里程碑。

但是，这些实验要么体系太小，不具备局域规范不变性，要么无法同时产生规范场和物质场，更不能研究这两种场之间的相互作用和转化。

来自中国科学技术大学等国内外单位的研究人员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——71个格点的超冷原子光晶格量子模拟器，对量子电动力学方程施温格模型进行了成功求解，通过操控束缚在其中的超冷原子，首次模拟了规范场与物质场之间的相互作用和转化，并由此观测到了局域规范不变性。

在以上研究的基础上，通过实验和理论结合，该联合研究团队找到了schwinger模型中正负粒子、电场与hubbard模型中原子在格点上的各种占据构型之间的映射关系，通过实验上的精确调控，在71个格点的超冷原子量子模拟器上模拟了一维格点体系的schwinger模型，首次模拟了规范场与物质场之间的相互作用和转化、并由此观测到了局域规范不变性（验证了高斯定理）,在使用规模化的量子模拟器求解复杂物理问题的道路上取得了突破性的进展。

要么无法同时产生规范场和物质场，更不能研究这两种场之间的相互作用和转化。

规范场理论是现代物理学的根基，如描述基本粒子相互作用的量子电动力学、标准模型等都是满足特定群对称性的规范场理论。

规范场理论是现代物理学的根基，主要用来描述基本粒子之间的相互作用、产生和湮灭过程。