Энергетическая лестница. Физики впервые за 40 лет подтвердили конформную теорию поля с помощью квантового симулятора
Спустя 40 лет после выдвижения теоретической гипотезы физики из Калифорнийского технологического института с помощью квантового симулятора впервые экспериментально зафиксировали «энергетическую лестницу» в критических точках квантового перелома.
Команда ученых из Калифорнийского технологического института добилась фундаментального успеха. Физикам удалось экспериментально подтвердить предсказание конформной теории поля (КТП), сформулированное ученым Джоном Карди еще в 1984 году. В основе этой концепции лежит явление универсальности, когда принципиально разные материалы начинают демонстрировать схожие физические свойства вблизи критических точек, например, во время кипения воды или потери намагниченности. Теория утверждает, что в таких переломных моментах система поглощает энергию по фиксированным схемам, которые ученые сравнивают со ступенями лестницы, однако до сих пор это явление оставалось исключительно математической гипотезой.
Для проведения эксперимента авторы работы использовали специализированный квантовый симулятор. С помощью оптических лазерных ловушек исследователи захватили и упорядочили атомы стронция, а затем перевели их в высокоэнергетические состояния Ридберга. Это позволило существенно усилить взаимодействие между атомами и заставить цепочку функционировать как единая целостная система. Настроив систему до критического состояния и подвергнув ее лазерной модуляции на разных частотах, ученые смогли четко измерить уровни энергии.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Эксперименты, проведенные на цепочках размером до 35 атомов, полностью подтвердили расчеты для точки Изинга и трикритической точки: после масштабирования все энергетические спектры слились в единую универсальную кривую.
Важность методики состоит в том, что она не требует предварительных теоретических расчетов и может применяться при исследовании режимов, недоступных для классических суперкомпьютеров. Кроме того, эксперимент показал высокую ценность современных квантовых платформ для фундаментальной науки еще до появления полноценных квантовых вычислителей.
В этой же лаборатории уже удалось создать массивы, содержащие до 6 100 атомов, а в будущем физики планируют исследовать более сложные двумерные сетки и искать новые квантовые явления.