概述
量子力学作为关于电子、原子和光子的正确和成功的理论已被确立。然而，自从它问世以来，它的非直观特征就让物理学家们感到困惑和着迷。通常量子现象与原子尺度有关，但最近的革命性发展表明，在适当的情况下，这些量子方面可以扩展到宏观物质。这是超量子物质（UQM），具有鲁棒的非局域量子纠缠、关键特性和资源。
 
虽然 UQM 领域起源于对地球温度下致密物质的研究，但描述它的理论却出人意料地出现了规范理论的结构：描述基本粒子之间力的框架。规范理论和 UQM 之间的这种联系已经导致双方的理论发现。将来，有可能在一个可以拿在手上的有形 UQM 样本中实现一种新的量子规范理论。
 
Simons Collaboration on Ultra-Quantum Matter 的目标是充分发展 UQM 的理论，从基本表征和分类到在实验室中实现和测试 UQM 的设计。为了实现这一目标，该合作将汇集凝聚态物理、高能物理、量子信息和原子物理方面的专家。其影响范围从物质新相的发现到基本粒子甚至量子引力的桌面模型，再到潜在的革命性量子技术。
 
 
12 个机构的 17 名理论物理教师是新成立的名为“超量子物质”的西蒙斯合作组织的成员。这项新的努力是一项 800 万美元的四年奖励，可再延长三年，由西蒙斯基金会资助。支持的机构有：加州理工学院、哈佛大学、高等研究院、麻省理工学院、斯坦福大学、加州大学圣巴巴拉分校、加州大学圣地亚哥分校、科罗拉多大学博尔德分校、芝加哥大学、因斯布鲁克大学、马里兰大学和华盛顿大学。该合作由哈佛大学的 Ashvin Vishwanath 教授（主任）和 CU Boulder 的 Michael Hermele 教授（副主任）领导，是 Simons 在数学和物理科学项目中合作的一部分，其目的是“促进在数学、理论物理和理论计算机科学中具有重要意义的基础科学问题上取得进展”。西蒙斯超量子物质合作将是跨越这些领域的 12 个此类合作之一。

自诞生以来的一个多世纪以来，量子力学以其极其非直觉的性质令人着迷和震惊。虽然量子效应在原子长度上非常重要，但在人类尺度上它们通常不太明显。然而，理论凝聚态物理和量子信息论的一系列革命性发展表明，即使是由许多原子或电子（即物质）组成的大型宏观系统也可以以本质上的量子方式运行。
著名的薛定谔猫提供了一个终极大量子系统：两个宏观不同状态的量子叠加。这种状态显示了非局部纠缠：一个位置的测量与宏观距离之外的第二次测量的结果相关。不幸的是，薛定谔猫是指数不稳定的，因为空间中任何地方的局部测量都能够破坏量子叠加。我们现在知道在普通经典物质和薛定谔的猫之间有一个丰富的中间地带。这些是超量子物质 (UQM) 的稳定阶段，以惊人的方式将量子效应扩展到宏观世界。UQM的一个状态的波函数由无数个经典状态的叠加组成，以这样一种方式，非局部相关性持续存在，但不能被局部测量破坏。紧急非局部性是 UQM 的关键属性，也是一种资源，可以实现信息的分布式存储、分数量子数等独特效果。UQM 在量子方面与普通物质有着根本的不同，就像在经典术语中固体与液体一样。

很明显，UQM 的自然语言是规范理论，最初被认为是局部对称的概念和基本粒子量子场论的指导原则。在当今时代，对UQM的研究正以多种方式为这个古老的话题带来新的生命。在 UQM 中，规范理论的出现不是作为强加于自然的对称原理，而是作为描述我们世界所必需的新兴结构。此外，在这种情况下，规范理论本身的框架自然会扩大，以包括从 Chern-Simons 项到更高形式的规范场、分形等更丰富的数学结构。我们提出的关于超量子物质的西蒙斯合作旨在理解、分类和实现具有潜在规范结构的超量子物质。现在有可能朝着这个目标快速前进，由于最近对 2+1 维场论的对偶性理解的突破，揭示了明显不同的规范理论之间的深层联系。仅在过去几年中发现的新二元性形成了这些关系，并暗示了没有经典类似物的非明显“量子”对称性。最后，AdS/CFT 对应关系将对临界规范理论的改进理解与重力联系起来，通过“奇异金属”的物理学进一步与 UQM 联系起来。
拟议的合作汇集了 UQM 不同方面的专家和来自高能物理、凝聚态物理以及原子和分子物理的规范理论——这是一个不寻常但及时的三重奏，对于完成我们的计划至关重要。