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本報訊（記者王敏）中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士、苑震生教授等與清華大學(xué)翟薈教授、蘭州大學(xué)么志遠(yuǎn)青年研究員等合作，使用自主開發(fā)的超冷原子量子模擬器，研究了格點規(guī)范場理論中的非平衡態(tài)熱化過程與量子臨界性之間的關(guān)系，揭示了具備規(guī)范對稱性的多體系統(tǒng)處于量子相變臨界區(qū)域時易于熱化到平衡態(tài)的規(guī)律。該研究成果近日以“編輯推薦”的形式發(fā)表于《物理評論快報》。

規(guī)范理論和統(tǒng)計力學(xué)是物理學(xué)的兩大重要基礎(chǔ)理論。近年來，超冷原子量子模擬器的出現(xiàn)為同時研究規(guī)范理論和統(tǒng)計物理提供了理想的實驗平臺。2020年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊開發(fā)了71個格點的超冷原子光晶格量子模擬器，首次對U（1）格點規(guī)范理論——施溫格模型的量子相變過程進(jìn)行了實驗?zāi)M；2022年，他們對格點規(guī)范場理論中非平衡態(tài)過渡到平衡態(tài)的熱化動力學(xué)進(jìn)行了模擬，首次在實驗上證實了規(guī)范對稱性約束下量子多體熱化導(dǎo)致的初態(tài)信息“丟失”。

近期，翟薈和么志遠(yuǎn)等通過理論研究指出，在此類格點規(guī)范模型中，量子熱化和量子相變之間存在關(guān)聯(lián)，并從反鐵磁Neel態(tài)出發(fā)，預(yù)言系統(tǒng)只有在量子相變點附近才能達(dá)到完全的熱化。

潘建偉、苑震生團(tuán)隊在他們已有的超冷原子量子模擬器基礎(chǔ)上，將量子氣體顯微鏡、自旋依賴超晶格和可編程光學(xué)勢阱等技術(shù)結(jié)合，開發(fā)了單格點精度、粒子數(shù)可分辨的原子操作和檢測技術(shù)。基于此，他們得以制備和探測任意原子構(gòu)型的多原子量子態(tài)，并在滿足規(guī)范對稱性約束下，追蹤多體量子態(tài)的動力學(xué)演化過程。

在該工作中，他們在實驗中制備了特殊原子構(gòu)型的初態(tài)，利用絕熱演化的方法研究了滿足規(guī)范對稱性約束的量子相變過程，通過有限尺寸標(biāo)度理論首次在實驗中精確確定了相變點。同時，他們研究了同一構(gòu)型初態(tài)在遠(yuǎn)離平衡條件時的退火動力學(xué)過程，揭示了具備規(guī)范對稱性的多體系統(tǒng)處于量子相變臨界點附近時易于熱化到平衡態(tài)的規(guī)律。

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

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