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

規范理論和統計力學是物理學的兩大重要基礎理論。近年來，超冷原子量子模擬器的出現為同時研究規范理論和統計物理提供了理想的實驗平臺。2020年，中國科學技術大學的研究團隊開發了71個格點的超冷原子光晶格量子模擬器，首次對U（1）格點規范理論——施溫格模型的量子相變過程進行了實驗模擬；2022年，他們對格點規范場理論中非平衡態過渡到平衡態的熱化動力學進行了模擬，首次在實驗上證實了規范對稱性約束下量子多體熱化導致的初態信息“丟失”。

近期，翟薈和么志遠等通過理論研究指出，在此類格點規范模型中，量子熱化和量子相變之間存在關聯，并從反鐵磁Neel態出發，預言系統只有在量子相變點附近才能達到完全的熱化。

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

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

相關論文信息：

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

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