| 규모화 양자 시뮬레이터를 이용해 복잡한 물리 문제 계산 달성 | ||
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  중국과기대 PAN Jian-wei(潘建偉) 연구팀과 Yuan Zhen-sheng(苑震生) 연구팀은 71개 격자점을 가진 초저온 원자 양자 시뮬레이터에서 슈윙거 방정식을 풀었다. 해당 성과는 규모화 양자 컴퓨팅 및 양자 시뮬레이션 방법을 이용해 복잡한 물리 문제를 계산한 성공 사례이다. 해당 성과는 "Nature"에 게재됐다. 연구팀은 독일, 이탈리아 과학자와 공동으로 전문적인 양자컴퓨터-71개 격자점의 초저온 원자 광격자 시뮬레이터를 개발했다. 또한 정밀 제어를 통해 양자 전기역학 방정식 슈윙거 모델을 성공적으로 시뮬레이션함과 아울러 그 중에 구속된 초저온 원자를 제어함으로써 최초로 게이지장과 물질장 사이의 상호작용 및 전환을 시뮬레이션하여 국소적 게이지 불변량을 관측했다. 아울러 최초로 미시적 양자 제어 방법을 이용해 양자 다체 시스템에서 전하와 전기장 관계를 묘사하는 가우스 정리를 검증했다. 이는 양자 시뮬레이션 방법으로 격자 게이지장을 연구한 중요한 이정표로써 기본 입자, 격자 게이지장 및 양자정보 분야 더 나아가 원자 분자 광학, 고체물리 분야를 포함한 다학문 분야의 관심사로 떠오를 전망이다. 뿐만 아니라 격자 게이지장 이론 시뮬레이션의 진정한 한걸음을 내디딤으로써 양자 시뮬레이터의 모듈 더 나아가 특정 모델에 대한 완전한 시뮬레이션을 달성했다. 게이지장 이론은 현대물리학의 기본이다. 기본 입자 상호작용을 묘사하는 양자 전기역학, 표준 모형 등은 모두 특정 집단 대칭성 기반 게이이장 이론을 만족시킨다. 하지만 다양한 게이지장 방정식 풀이의 계산 복잡도가 높아 슈퍼컴퓨터로 계산하기 어렵다. 기존의 게이지장 모형에 대한 기본적인 양자 시뮬레이션 연구는 (1) 2~4개 입자를 보유한 매우 작은 시스템으로, 국소적 게이지 불변성을 갖지 않는다. (2) 게이지장과 물질장을 동시에 생성할 수 없어 게이지장과 물질장 사이의 상호작용 및 전환을 연구하기 어렵다. 따라서 기존의 연구에서 게이지장 이론의 가장 기본적인 특성-국소적 게이지 불변성을 관측하지 못했다. 연구팀은 상기 문제를 해결하기 위해 독특한 스핀 의존성 초격자, 현미경 흡수 이미징, 입자수 식별 검출 등 양자 제어 및 측정 기술을 개발하여 초저온 원자 양자 시뮬레이터에서 최초로 Z2 게이지 대칭성의 게이지장 모형 유닛 해밀토니안에 관한 연구를 수행했다. 해당 성과는 2017년에 "Nature Physics"에 게재됐다. 2020년 6월, 연구팀은 광격자 중 원자의 심층적 냉각을 제안하고 달성함으로써 양자 시뮬레이터의 온도가 매우 높고 결함이 매우 많은 문제를 해결했으며 100여 개의 원자 수준의 규모화 양자 시뮬레이터를 실험적으로 제조했다. 해당 성과는 "Science"에 게재됐다. 이번에 연구팀은 규모화 양자 시뮬레이터를 이용해 복잡한 물리 문제를 푸는 분야에서 획기적인 성과를 달성했다. 향후 연구팀은 양자 시뮬레이션 방법을 이용해 기타 집단 대칭성, 더욱 높은 공간 차원을 보유한 게이지장 모델을 연구함과 아울러 평형 상태와 멀리 떨어진 게이지장 시스템에 보급하고 또한 진공붕괴(Vacuum decay), 위상각 관련 동역학적 과정 등 중요한 물리 문제를 연구할 예정이다. 정보출처 : https://www.cas.cn/cm/202011/t20201119_4767450.shtml |
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