在微观的量子世界里，“长程多体相互作用”的调控一直是攻关的难题，它直接关系到量子计算、量子模拟的突破。近日，北京大学物理学院研究团队与合作者携手，提出了一种通过周期驱动调控长程相互作用的新方法，创造性地实现了“全局动力学约束”，为精准调控长程多体相互作用打开了新思路。

在量子模拟和量子计算中，如何实现并精确调控长程多体相互作用，对实现量子门以及探索全新多体动力学现象至关重要。近年来，研究人员尝试使用弗洛凯工程（Floquet Engineering），即周期驱动调制系统参数，来实现对量子体系有效相互作用的调控。这一方法已经在多种量子模拟平台得到广泛应用。然而，现有方案大多集中于对短程、局域相互作用的调控，人们对如何稳定、可控地实现长程的多体相互作用，仍然缺乏有效的方法。

在此项研究中，研究团队提出一种新的物理机制--全局动力学约束--来解决这一问题。作者研究了光腔介导的长程相互作用玻色-赫伯德模型，并通过周期驱动模型中的长程相互作用和单格点势能，实现了对粒子跃迁过程的选择性控制。适当的驱动参数下，系统中的某些跃迁通道可以被完全关闭，从而实现受约束的动力学演化过程（图 1）。由于跃迁过程依赖于整个系统的粒子分布，粒子动力学行为不再仅由局域环境决定，而会受到系统整体状态的影响，因此这种动力学限制是非局域的多体相互作用。

全局动力学约束的一个重要应用是设计多体希尔伯特空间的连接结构（图 2a），进而实现长程多体量子门。研究团队提出了一种构造N比特Toffoli门的驱动方案：与传统方案需要将多体量子门分解为多个两体量子门不同，该方法能够直接实现多体控制门，从而显著减少量子计算过程中由于量子门分解操作增加带来的噪声和退相干问题。进一步地，这一框架还可以推广到构造更一般的控制门（图 2b）。

此外，全局动力学约束机制可以高效制备多体纠缠态，例如 GHZ 态和 W 态。通过合理设计驱动协议，研究人员可以在希尔伯特空间中选择性地打开或关闭不同的跃迁通道，从而实现对量子态演化路径的精确控制（图2c和2d）。这种方法为制备多体纠缠态提供了一种直观而高效的新途径。

该研究为实现非局域多体相互作用提供了全新思路，尤其为长程多体量子门的高效实现提供了新的理论框架。同时，全局动力学约束的提出也为研究非平衡量子多体系统中的动力学行为、遍历性破缺以及反常输运现象开辟了新的研究方向。