量子力学模拟，量子模拟物理研究

本报讯(记者王敏)中国科学技术大学潘建伟院士、袁振声教授与清华大学翟辉教授、兰州大学青年研究员莫志远合作，研究了格点规范场论中非平衡热化过程与量子临界性的关系，揭示了具有规范对称性的多体系统在量子相变临界区容易热化到平衡的规律。该研究成果近日以“编辑推荐”的形式发表在《物理评论快报》上。

规范理论和统计力学是物理学的两个重要基础理论。近年来，超冷原子量子模拟器的出现为同时研究规范理论和统计物理提供了一个理想的实验平台。2020年，中科大研究团队研制出71晶格超冷原子光学晶格量子模拟器，这是首次实验模拟U(1)晶格规范理论——Schwinge模型的量子相变过程。2022年，他们在格点规范场论中模拟了从非平衡态到平衡态跃迁的热化动力学，并首次实验证实，由于规范对称性约束下量子多体的热化，初始态信息“丢失”。

最近翟辉和莫志远通过理论研究指出，在这类格点规范模型中，量子加热和量子相变之间存在关联，并且从反铁磁Neel态出发，预言系统只有在量子相变点附近才能实现完全加热。

潘建伟和袁振声在他们现有的超冷原子量子模拟器的基础上，将量子气体显微镜、自旋相关超晶格和可编程光势阱技术相结合，发展了单晶格精度和可分辨粒子数的原子操作和探测技术。基于此，他们可以制备和探测任意原子构型的多原子量子态，并在规范对称性约束下追踪多体量子态的动态演化过程。

在这项工作中，他们制备了实验中特殊原子组态的初态，用绝热演化方法研究了满足规范对称性约束的量子相变过程，用有限尺寸标度理论首次精确确定了实验中的相变点。同时，他们研究了同一组态的初态在远离平衡条件时的退火动力学过程，揭示了具有规范对称性的多体系统在接近量子相变临界点时容易升温到平衡态的规律。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.050401