Fizycy po raz pierwszy zmierzyli drabinę energetyczną w symulatorze kwantowym — ScienceAlert

Zespół naukowców kierowany przez badaczy z Kalifornijskiego Instytutu Technologicznego po raz pierwszy eksperymentalnie zmierzył charakterystyczną strukturę poziomów energii przewidzianą w 1984 roku. W doświadczeniu wykorzystano symulator kwantowy z łańcuchem atomów strontu. Informuje o tym ScienceAlert.

Teoretyczną prognozę sprawdzono w eksperymencie

Chodzi o konforemne teorie pola, które opisują zjawisko uniwersalności: w pobliżu punktów krytycznych różne materiały mogą zachowywać się podobnie. Przykładami takich przejść są wrzenie wody lub utrata właściwości magnetycznych przez magnes.

W 1984 roku fizyk John Cardy, wykorzystując aparat matematyczny konforemnych teorii pola, przewidział, że układy w punktach krytycznych będą pochłaniać energię według ustalonych prawidłowości. Badacze porównują te sekwencje poziomów energii do szczebli drabiny. Wcześniej strukturę tę opisywano teoretycznie, lecz nie była ona bezpośrednio obserwowana ani mierzona.

Łańcuchy liczące do 35 atomów

W symulatorze kwantowym atomy strontu były utrzymywane i rozmieszczane za pomocą światła laserowego. Innymi laserami przenoszono je do wysokoenergetycznych stanów rydbergowskich, które wzmacniały oddziaływania między atomami. Umożliwiło to dostrojenie łańcucha atomów w pobliżu punktu krytycznego, po czym lasery modulowano z różnymi częstotliwościami, ujawniając szczeble drabiny energetycznej.

Więcej aktualnych wiadomości na kanale UA.News w Telegramie Telegram.

Eksperymenty prowadzono na łańcuchach liczących do 35 atomów. Dla punktu Isinga otrzymane widma po przeskalowaniu względem rozmiaru złożyły się w jedną uniwersalną krzywą, zgodnie z przewidywaniami odpowiedniej konforemnej teorii pola. Zespół dostroił również układ do punktu trójkrytycznego i zmierzył najniższe poziomy jego widma; ich stosunki odpowiadały prognozie teoretycznej.

Zastosowania platform kwantowych

Wyniki, opublikowane w czasopiśmie Nature, mogą pomóc badać zachowanie materiałów w pobliżu kwantowych punktów krytycznych w temperaturach bliskich zeru bezwzględnemu. Autorzy uważają, że metodę można stosować także do innych kwantowych układów krytycznych, w tym tam, gdzie dokładna odpowiedź nie jest z góry znana lub klasyczne komputery nie mogą wykonać niezbędnych obliczeń.

Naukowcy zaznaczyli również, że narzędzia zapożyczone z platform obliczeń kwantowych mogą już być wykorzystywane do podstawowych badań fizycznych. Powiązana platforma kwantowa w tym samym laboratorium wcześniej zdołała utrzymać 6100 atomów w macierzy.