近日，我校數理學院理論物理梯隊教師程艷婷與中國科學技術大學潘建偉院士、苑震生教授研究團隊合作在超冷原子量子模擬實驗研究中取得了重要進展。這是實驗上首次在量子模擬格點規范理論中觀察到禁閉相與非禁閉相轉變的微觀動力學過程，為理解這一復雜的量子多體現象提供了新的研究手段。相關成果近日發表在國際知名學術期刊《Nature Physics》上。這項工作巧妙地實現了程艷婷與合作者在2022年發表《PRX Quantum》上的理論文章所提出的實驗方案。

禁閉是指電荷和反電荷無法被分離，無法觀測到凈電荷的現象，最初在夸克禁閉的背景下討論。現在人們已知禁閉-解禁閉相變在自然界中扮演重要角色，如高能物理中的夸克禁閉、凝聚態物質和超冷原子系統中漩渦解禁閉驅動的Kosterlitz-Thouless相變。然而，以一種可控的方式直接觀察禁閉和解禁閉的實時演化是具有挑戰性的。近年來，超冷原子量子模擬器的出現為研究規范理論提供了新的手段。2022年，程艷婷和合作者的理論工作提出了觀測禁閉-解禁閉相變和調節拓撲角的實驗方案。中科大實驗團隊巧妙地設計了線性傾斜勢與超晶格勢阱結合的方案，在此條件下將玻色-哈伯德模型映射為具有可調背景電場的一維U(1)量子鏈路模型（Quantum Link Model），實驗模擬了具備可調外電場的量子電動力學規范理論；同時，實驗團隊開發了具備單格點及粒子數分辨的量子氣體顯微鏡，原位產生并實時觀測了粒子與反粒子對的微觀動力學，清晰展示了U(1)格點規范理論中禁閉相和非禁閉相的轉變過程。

此項研究表明，超冷原子量子模擬方法為探索規范理論中的量子相變提供了全新視角，并將在研究非阿貝爾格點規范理論、二維和三位格點規范模型的非平衡動力學等計算復雜度超越經典計算能力的物理問題中獲得更為重要的應用。該論文自去年在arXiv預印本網站公布以來即受到相關領域學者的廣泛關注，目前已被引用40余次（谷歌學術）。中國科學技術大學博士后章維勇、博士生劉穎和北京科技大學講師程艷婷為論文的共同第一作者，德國慕尼黑路德維希-馬克西米利安大學Jad C. Halimeh博士和中國科學技術大學苑震生教授、潘建偉院士是論文的通訊作者。