近日，我校数理学院理论物理梯队教师程艳婷与中国科学技术大学潘建伟院士、苑震生教授研究团队合作在超冷原子量子模拟实验研究中取得了重要进展。这是实验上首次在量子模拟格点规范理论中观察到禁闭相与非禁闭相转变的微观动力学过程，为理解这一复杂的量子多体现象提供了新的研究手段。相关成果近日发表在国际知名学术期刊《Nature Physics》上。这项工作巧妙地实现了程艳婷与合作者在2022年发表《PRX Quantum》上的理论文章所提出的实验方案。
禁闭是指电荷和反电荷无法被分离，无法观测到净电荷的现象，最初在夸克禁闭的背景下讨论。现在人们已知禁闭-解禁闭相变在自然界中扮演重要角色，如高能物理中的夸克禁闭、凝聚态物质和超冷原子系统中漩涡解禁闭驱动的Kosterlitz-Thouless相变。然而，以一种可控的方式直接观察禁闭和解禁闭的实时演化是具有挑战性的。近年来，超冷原子量子模拟器的出现为研究规范理论提供了新的手段。2022年，程艳婷和合作者的理论工作提出了观测禁闭-解禁闭相变和调节拓扑角的实验方案。中科大实验团队巧妙地设计了线性倾斜势与超晶格势阱结合的方案，在此条件下将玻色-哈伯德模型映射为具有可调背景电场的一维U(1)量子链路模型（Quantum Link Model），实验模拟了具备可调外电场的量子电动力学规范理论；同时，实验团队开发了具备单格点及粒子数分辨的量子气体显微镜，原位产生并实时观测了粒子与反粒子对的微观动力学，清晰展示了U(1)格点规范理论中禁闭相和非禁闭相的转变过程。
此项研究表明，超冷原子量子模拟方法为探索规范理论中的量子相变提供了全新视角，并将在研究非阿贝尔格点规范理论、二维和三位格点规范模型的非平衡动力学等计算复杂度超越经典计算能力的物理问题中获得更为重要的应用。该论文自去年在arXiv预印本网站公布以来即受到相关领域学者的广泛关注，目前已被引用40余次（谷歌学术）。中国科学技术大学博士后章维勇、博士生刘颖和北京科技大学讲师程艳婷为论文的共同第一作者，德国慕尼黑路德维希-马克西米利安大学Jad C. Halimeh博士和中国科学技术大学苑震生教授、潘建伟院士是论文的通讯作者。（阅读本文；阅读前作）
程艳婷，学校数理学院讲师，2020年博士毕业于清华大学高等研究院。她长期致力于冷原子物理理论方面的研究，研究兴趣为里德堡原子体系中的量子模拟和基于冷原子体系对格点规范理论的量子模拟等。她在《Nature Reviews Physics》、《Nature Physics》、《PRX Quantum》《Physical Review Letters》等杂志发表SCI论文15篇。主持国家自然科学基金青年项目一项、中央高校基本科研业务费一项，作为骨干参与国家自然科学基金面上项目一项。
（供图：数理学院）
（责编：付云笛、薛浪）
