中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士領(lǐng)導(dǎo)的中國(guó)科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李傳鋒教授研究組成功研制出光學(xué)量子模擬器，并首次在純量子模型中證實(shí)描述相變過(guò)程的Kibble-Zurek（KZ）理論的絕熱—脈沖近似成立。此成果發(fā)表在1月24日的《物理評(píng)論快報(bào)》上。

　　量子計(jì)算機(jī)擁有經(jīng)典計(jì)算機(jī)所無(wú)法比擬的巨大優(yōu)勢(shì)。受技術(shù)限制，人們尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)通用的普適量子計(jì)算機(jī)。 然而隨著量子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，目前人們已經(jīng)可以利用一些量子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)某些特殊的量子計(jì)算功能。這類實(shí)現(xiàn)特殊任務(wù)的量子計(jì)算機(jī)就是量子模擬器。該研究組研制的量子模擬器就是面向量子相變中的KZ機(jī)制這一特殊問(wèn)題。

　　連續(xù)相變的標(biāo)準(zhǔn)模型認(rèn)為二階相變過(guò)程中會(huì)伴隨對(duì)稱破缺，然而對(duì)稱破缺點(diǎn)附近的相變動(dòng)力學(xué)我們卻知之甚少。著名高能物理和宇宙學(xué)專家Kibble教授在研究早期宇宙的相變問(wèn)題時(shí)發(fā)現(xiàn)相變殘留的拓?fù)淙毕莺拖嘧儎?dòng)力學(xué)特征有關(guān)，因此通過(guò)觀測(cè)拓?fù)淙毕荼憧裳芯肯嘧儎?dòng)力學(xué)。隨后，量子退相干理論的奠基人Zurek教授進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，這一宇宙學(xué)中的機(jī)制在凝聚態(tài)的連續(xù)相變中也成立。由此這一理論被稱為Kibble-Zurek理論，此理論的核心是絕熱—脈沖近似，在此近似下連續(xù)相變的動(dòng)力學(xué)過(guò)程可以分成絕熱—脈沖—絕熱三個(gè)過(guò)程，從而可以得出相變殘留的拓?fù)淙毕莸拿芏扰c動(dòng)力學(xué)中猝變速度的關(guān)系。在經(jīng)典的相變中，KZ理論已為多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，然而在量子系統(tǒng)中的KZ機(jī)制還沒(méi)有任何實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

　　李傳鋒研究組研制出的光學(xué)量子模擬器由九級(jí)干涉裝置組成，這是迄今為止世界上干涉級(jí)次最高的光學(xué)裝置，它是首個(gè)真正意義上的光學(xué)量子模擬器。此前已有的光學(xué)量子模擬實(shí)驗(yàn)需要事先知道被模擬系統(tǒng)的量子態(tài)，因此實(shí)質(zhì)上是量子態(tài)制備過(guò)程。研究組利用這個(gè)光學(xué)量子模擬器以極高的精度（九級(jí)干涉裝置的總可見(jiàn)度達(dá)到97.5%）首次證實(shí)在純量子的模型中絕熱—脈沖假設(shè)是成立的。本成果為進(jìn)一步驗(yàn)證KZ理論在量子相變中的有效性，以及為進(jìn)一步研制解決更復(fù)雜問(wèn)題的量子模擬器打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　審稿人認(rèn)為該量子模擬器“具有極高的干涉可見(jiàn)度”，給出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果“以令人驚訝的精度與理論結(jié)果一致”，因此，“此裝置是進(jìn)行更復(fù)雜量子模擬的非常有前途的出發(fā)點(diǎn)”。而且，“他們的工作會(huì)促發(fā)量子光學(xué)領(lǐng)域?qū)Ψ瞧胶饬孔酉嘧儎?dòng)力學(xué)的興趣。”Zurek等人在為慶祝Kibble 80歲生日而撰寫(xiě)的關(guān)于KZ理論的綜述性文章（arXiv:1310.1600）中，專門用一節(jié)的篇幅介紹該成果。

    上述研究得到了科技部、基金委和中國(guó)科學(xué)院的支持。