763
Фізики вперше експериментально виміряли характерну «драбину» енергетичних рівнів, існування якої було передбачене ще у 1984 році. Для перевірки теорії команда під керівництвом Каліфорнійського технологічного інституту створила квантовий симулятор із ланцюгом атомів стронцію та налаштувала його поблизу критичної точки.
Дослідження стосується конформних теорій поля — математичних моделей, які описують універсальну поведінку різних фізичних систем поблизу фазових переходів. Прикладом таких переходів може бути кипіння води або момент, коли магніт втрачає свої магнітні властивості.
Передбачення Джона Карді вдалося виміряти напряму
У 1984 році фізик Джон Карді передбачив, що системи в критичних точках мають поглинати енергію не довільно, а за певними фіксованими закономірностями. Енергетичні рівні можна уявити як щаблі драбини. До цього часу така структура була добре описана математично, але її не вдавалося безпосередньо виміряти в контрольованому квантовому експерименті.
У новій роботі атоми стронцію утримували й розміщували за допомогою лазерного світла. Інші лазери переводили їх у високоенергетичні рідбергівські стани, у яких взаємодія між атомами значно посилюється. Це дозволило налаштувати систему так, щоб вона поводилася як модель речовини поблизу критичної точки.
Експериментували з ланцюгами до 35 атомів
Після налаштування системи дослідники модулювали лазерне поле на різних частотах і вимірювали, на яких саме частотах атомний ланцюг поглинає енергію. Саме так вдалося побачити окремі «щаблі» енергетичної драбини.
Для точки Ізінга спектри, отримані на ланцюгах різної довжини, після відповідного масштабування лягли на одну універсальну криву — саме так, як передбачає конформна теорія поля. Команда також налаштувала систему на трикритичну точку й виміряла найнижчі енергетичні рівні, співвідношення між якими також збіглися з теоретичними прогнозами.
Квантові платформи стають інструментом фундаментальної фізики
Результати опублікували в Nature. Автори вважають, що подібні методи можуть використовуватися для вивчення інших квантових критичних систем — особливо тих, для яких точну відповідь складно отримати аналітично або розрахувати на класичному комп’ютері.
Ця ж лабораторія раніше створила квантову платформу, здатну утримувати масив із 6100 атомів. Нове дослідження показує, що інструменти, розроблені для квантових обчислень, уже можна застосовувати не лише для майбутніх процесорів, а й для перевірки фундаментальних фізичних теорій.
