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中国科学技术大学教授潘建伟、苑震生等与合作者在超冷原子量子模拟实验研究中取得重要进展。研究团队首次观测到格点规范理论中的禁闭相与非禁闭相转化的微观动力学过程，为理解这一复杂的量子多体现象提供了新的研究手段。相关成果近日发表于《自然-物理学》。

禁闭是一类非常有趣的物理现象，其中夸克禁闭是指由于夸克之间强相互作用的存在，人们无法在自然界中观测到单个的夸克，它们总是以多个捆绑在一起形成复合粒子的形式，如中子、质子被观测到；即便在高能粒子碰撞机中，人们也几乎无法改变夸克之间的相互作用，粒子碰撞碎片中的夸克瞬间就形成了新的复合粒子。类似的，人们在凝聚态体系中观测到准粒子成对出现的现象，通过量子调控手段可以改变准粒子间的相互作用，从而使准粒子受控地处在禁闭或者解禁闭状态。一个物理体系中是否存在禁闭现象？能否人为调控粒子间相互作用，从而实现禁闭到解禁闭状态之间的转换？这些牵涉复杂的量子多体效应，理论上一般没有解析方法求解，数值求解也面临各种挑战。

近年来，超冷原子量子模拟器的出现为研究禁闭问题提供了新的手段。2020年，中国科学技术大学的研究团队首次使用超冷原子光晶格量子模拟器建模了U（1）格点规范理论并验证了相应的局域规范守恒特性。在此次实验中，研究团队巧妙地设计了线性倾斜势与超晶格势阱结合的方案，在该条件下将玻色-哈伯德模型映射为具有动态电场的U（1）量子链路模型，实验模拟了具备动态外电场的量子电动力学规范理论。同时，研究团队开发了具备单格点及粒子数分辨的量子气体显微镜，原位产生并实时观测了粒子与反粒子对的微观动力学，清晰展示了U（1）格点规范理论中禁闭相和非禁闭相的转变过程。

该研究表明，超冷原子量子模拟方法为探索规范理论中的量子相变提供了全新视角，并将在研究非阿贝尔格点规范理论、二维和三维格点规范模型的非平衡动力学等计算复杂度超越经典计算能力的物理问题中获得更为重要的应用。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41567-024-02702-x

（原载于《中国科学报》?2024-12-25?第1版?要闻）