近年来，超冷原子量子模拟器的出现为研究禁闭问题提供了新的手段。2020年，中国科大的研究团队首次使用超冷原子光晶格量子模拟器建模了U(1)格点规范理论并验证了相应的局域规范守恒特性[Nature 587, 392 (2020)]，其后系统地研究了该理论的非平衡热化过程[Science 377, 311 (2022)；Phys.Rev. Res. 5, 023010(2023)；Phys. Rev. Lett. 131, 050401 (2023)]。基于以上基础，进一步研究U(1)格点规范理论中的禁闭-解禁闭相变问题仍面临两个重要困难：在理论上缺乏产生有效外电场的可行方案，在实验上缺乏产生和测控准粒子态的单格点原位调控技术。
在此项实验中，研究团队中的实验和理论合作者巧妙地设计了线性倾斜势与超晶格势阱结合的方案，在该条件下将玻色-哈伯德模型映射为具有动态电场的U(1)量子链路模型，实验模拟了具备动态外电场的量子电动力学规范理论；同时，研究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，研究团队成员也受邀在国际原子物理大会ICAP2024和Gordon Research Conference上报告相关研究进展。
中国科学技术大学博士后章维勇、博士研究生刘颖和北京科技大学讲师程艳婷博士为论文的共同第一作者。该项研究得到了国家自然科学基金委、科技部、中国科学院和安徽省的资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41567-024-02702-x
