物理学家首次在量子模拟器中测量能量阶梯——ScienceAlert

由加州理工学院研究人员领导的科学家团队首次通过实验测量了1984年预测的一种特征性能级结构。实验使用了一台由锶原子链构成的量子模拟器。ScienceAlert对此进行了报道。

理论预测在实验中得到检验

研究涉及描述普适性现象的共形场论：在临界点附近，不同材料可能表现出相似的行为。这类相变的例子包括水沸腾或磁体失去磁性。

1984年，物理学家约翰·卡迪利用共形场论的数学框架预测，处于临界点的系统会按照固定规律吸收能量。研究人员将这些能级序列比作梯子的阶梯。此前，这一结构曾在理论上得到描述，但未被直接观测或测量。

最多35个原子的链

在量子模拟器中，锶原子通过激光被捕获和排列。研究人员利用其他激光将它们激发至高能里德伯态，从而增强原子之间的相互作用。这使得研究人员能够将原子链调节至临界点附近，随后以不同频率调制激光，揭示能量阶梯的各级。

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实验在最多由35个原子组成的链上进行。对于伊辛点，获得的光谱在按尺寸缩放后汇聚为一条普适曲线，正如相应的共形场论所预测。团队还将系统调节至三临界点，并测量了其光谱的最低能级；它们的比值符合理论预测。

量子平台的应用

发表在《自然》杂志上的研究结果，可能有助于研究接近绝对零度时材料在量子临界点附近的行为。作者认为，该方法也可用于其他量子临界系统，包括那些无法预先得知精确答案，或经典计算机无法完成必要计算的系统。

科学家们还指出，从量子计算平台借鉴的工具已经可用于基础物理研究。同一实验室中的一个相关量子平台此前曾成功在阵列中容纳6100个原子。