来自中国科技大学等国内外单位的研究人员在过冷原子的量子计算和模拟方面取得了重大突破。他们开发了一台特殊的量子计算机--71格点过冷原子量子模拟器。量子电动力学方程的施万模型已被成功地求解。通过控制束缚在其中的过冷原子，施万模型成功地得到了解决。首次模拟了规范场与物质场之间的相互作用和转换，并观察到了局域规范不变性。这些研究结果已于11月19日在"自然"杂志上在线发表。

规范场理论是现代物理学的基础，它主要用来描述基本粒子之间的相互作用、产生和湮灭过程。随着规范场理论的发展，半个多世纪以来，科学家们发现求解各种规范场方程的计算复杂性很高，这对超级计算机的数值计算能力提出了严重的挑战。

为此，提出了一种特殊的量子计算机--量子模拟器来构造晶格规范场模型.实验中，通过精确调整模拟器的各种参数，制备了目标量子物体态，利用量子气体显微镜成像技术观察了模拟量子物体态的相变和量子相关特性，得到了拟研究的规范场模型的各种物理性质.

在世界上，许多研究人员已经对利用过冷原子、俘获离子等系统的规范场模型的基本元素进行了初步的量子模拟研究。然而，这些实验要么太小，不能具有局部规范不变性，要么不能同时产生规范场和物质场，更不用说研究这两个场之间的相互作用和相互转化。中国科学技术大学常务副校长、中国科学院院士潘建伟说，以往的研究都未能观察到规范场理论最基本的特征，即局部规范不变性。

为此，研究人员研制了71个晶格过冷原子量子模拟器，模拟了一维晶格系统的Schwann模型，观察了实验中的局域规范不变量，首次验证了描述量子多体系统电荷与电场关系的Gauss定理，并在使用大型量子模拟器解决复杂物理问题方面取得了突破。

自然"杂志的评论员高度评价了这一工作。他们认为，这项工作是"用量子模拟方法研究格点规范场的一个重要里程碑"，并"在模拟格点规范场理论方面迈出了真正的一步：从实现量子模拟器模块到完全模拟特定模型"。

中国科学技术大学教授袁振生说，未来的研究团队将进一步使用量子模拟方法来研究具有其他群对称性和较高空间维的规范场模型，并可扩展到远离平衡的规范场系统、研究真空衰变、与拓扑角相关的动态过程以及其他重要的物理问题。