Caltech liderliğindeki ekip kuantum teorisi öngörülerini ilk kez doğruladı

Uluslararası bir fizikçi ekibi, kuantum sistemlerinin düzen ile düzensizlik arasındaki kritik noktalarda nasıl davrandığına dair onlarca yıllık teorik öngörüleri doğrulayarak, konform alan teorisi tarafından öngörülen enerji spektrumlarını ilk kez bir kuantum simülatörü kullanarak doğrudan gözlemledi. 19 Ağustos'ta Nature dergisinde yayımlanan bulgulara, Paris ve Münih'teki araştırmacılarla iş birliği içinde Caltech'ten Manuel Endres ve Jason Alicea liderlik etti.techexplorist+1

Kuantum Merdivenini Ölçmek

Konform alan teorileri, kuantum sistemleri düzenli ve düzensiz durumlar arasındaki sınırda yer aldığında ortaya çıkan evrensel davranışları tanımlar. Bu teoriler, yüksek enerji parçacık fiziği ile yoğun madde fiziğini kapsayan modern fiziğin temel taşları olsa da, temel öngörüleri daha önce hiçbir zaman doğrudan deneysel olarak doğrulanmamıştı.techexplorist

Ekip, optik cımbızlar kullanarak stronsiyum atomlarını düzenli zincirler halinde dizdi ve ardından bunları, komşu atomların güçlü bir şekilde etkileşime girdiği Rydberg durumlarına uyardı. Lazer parametrelerini hassas bir şekilde ayarlayarak atom zincirlerini kuantum kritik noktalarına ulaştırdılar ve enerji seviyelerini ölçmek için yeni geliştirilen "çok cisimli modülasyon spektroskopisi" adlı bir tekniği kullandılar. Bu yöntem, zinciri değişen frekanslardaki lazer darbeleriyle sarsarak ve rezonans tepkilerini tespit ederek çalışıyor: tıpkı net bir ses çıkarmak için bir şarap kadehinin kenarını doğru hızda ovmak gibi.techexplorist

"Deneyi 35 atoma kadar olan zincirlerde tekrarladık ve basamaklar Ising konform alan teorisinin öngördüğü gibi ortaya çıktı: boyut yeniden ölçeklendirildiğinde spektrumlar tek bir evrensel eğri üzerinde birleşti," dedi çalışmanın ortak yazarlarından Xiangkai Sun.techexplorist

Gizli Kalıplar ve Gelecek Hedefleri

Her bir atom tek tek kontrol edilebildiği için araştırmacılar, simetriye göre sıralanmış ikinci bir gizli enerji seviyesi kümesini ortaya çıkardı; bu, sıradan malzemelerde araştırılması imkansız bir durumdur. Ayrıca üçlü kritik Ising noktasına da uyum sağlayarak bunun kendine özgü spektrumunu ölçtüler ve teorik öngörülerle eşleşen enerji oranları elde ettiler.caltech+1

"Bu teorilere inanmak başka bir şey, onları laboratuvarda gerçekten kurcalamak ve test etmek bambaşka bir şey," dedi Alicea. "Öngörülerin hayata geçtiğini görmek harika."techexplorist

Kuantum Simülasyonuna Olan Güveni Artırmak

Bu sonuç, kuantum simülasyonunun güvenilirliğinde yaşanan ayrı bir gelişmeyle eş zamanlı olarak geldi. Münih Teknik Üniversitesi ve Innsbruck Üniversitesi'nden Tristan Kraft ve Peter Zoller liderliğindeki araştırmacılar, kuantum simülatörü sonuçlarında nicel hata sınırları oluşturmaya yönelik bir yöntemi Physical Review X dergisinde yayımladı. En fazla 51 iyon içeren bir iyon tuzağı sisteminde gösterilen bu teknik, deneysel verilerden bir simülatörün gerçek davranışını öğreniyor ve belirsizliklerin sonuçları nasıl etkilediğini hesaplıyor.eurekalert+1

"Böylece kuantum simülatörü sadece tek bir değer sunmakla kalmıyor, aynı zamanda doğruluğunu ölçen hata paylarına sahip bir sonuç da sağlıyor," dedi Kraft.eurekalert

Caltech ekibi, çalışmalarını tek boyutlu zincirlerden iki boyutlu ızgaralara genişletmeyi planlıyor. Sun, "İki boyutta konform alan teorileri çok daha az anlaşılmış durumda, bu yüzden bu heyecan verici bir fırsat," diye belirtti.techexplorist