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物理学的基本定律建立在对称性的基础上，对称性决定了带电粒子之间的相互作用等等。现在，海德堡大学(Heidelberg University)科学家利用超冷原子实验构建了量子电动力学的对称性，他们希望为实现未来可以模拟复杂物理现象的量子技术获得新见解，研究成果发表在《科学》期刊上。量子电动力学理论研究电子和轻粒子之间的电磁相互作用，它基于所谓的U(1)对称性。
例如，U(1)对称性规定了粒子的运动。通过实验，海德堡大学物理学家们在教授Fred Jendrzejesski博士的指导下，试图推进对这一复杂物理理论的有效研究，并在实验中实现了一个基本的构建块。海德堡大学基尔霍夫物理研究所(Kirchhoff Institute For Physical)艾美奖·诺特小组(Emmy Noether Group)负责人
詹德泽杰斯基(Jendrzejesski)教授解释说：研究结果是朝着一个平台迈出了重要的一步，该平台由一系列适当连接的积木构建而成，用于大规模实施超冷原子中的量子电动力学。一个可能的应用是开发大规模量子设备，以模拟无法用粒子加速器研究的复杂物理现象。
为这项研究开发的基本构件，也有助于研究材料研究中的问题，例如难以计算的强相互作用系统中的问题，科学家对开发量子计算技术非常感兴趣。这种技术可以模拟经典计算机无法达到的一系列物理现象。研究提出了一种用于U(1)格点规范理论量子模拟的模块化方案，该方案基于一维光学晶格单阱中孤立两个玻色子量子气体的异核自旋变化碰撞，
研究为陷阱设计了基本积木，并展示了它保持规范不变性的可靠操作，拟议方案的可扩展性潜力，为解决量子模拟规范理论连续体极限方面的挑战提供了机会。在物理学的基本定律中，规范场调节带电粒子之间的相互作用。一个例子是基于U(1)规范对称性电子与电磁场相互作用的量子理论。对于经典计算技术来说，求解此类规范理论通常是一个难题。
尽管量子计算机提出了前进的方向，但用于复杂模拟的大规模数字量子设备很难建造，本研究提出了一个可扩展的一维U(1)规范理论的模拟量子模拟器。利用原子混合物中物质间自旋变化碰撞，实现了具有自旋和物质无关囚禁势的物质和规范场之间规范不变相互作用。研究在实验上实现了基本构件，作为迈向连续规范理论量子模拟平台的关键一步。
博科园｜研究/来自：海德堡大学
参考期刊《科学》
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