Учёные из Калифорнийского технологического института впервые провели экспериментальное измерение квантовых энергетических уровней

От теории к практике: впервые зафиксированы квантовые энергетические уровни

Как сообщает НВ — Техно: 1 октября 2023 года в 16:02 были опубликованы результаты уникального исследования, выполненного физиками из Калифорнийского технологического института (Caltech). Впервые в истории науки удалось экспериментально подтвердить энергетические уровни, предсказанные квантовой теорией более 40 лет назад. Этот прорыв открывает новые перспективы для глубокого изучения квантовых свойств материи и её поведения.

Суть исследования и полученные данные

Статья с результатами была опубликована в престижном журнале Nature. В исследовании участвовали экспериментальная группа под руководством профессора Мануэля Эндреса и теоретическая команда под началом профессора Джейсона Алисеа. Также в работе принимали участие учёные из Университета Париж-Сакле и Мюнхенского технического университета. Участники использовали современные квантовые симуляторы для изучения двух конформных теорий поля, включая трикритическую теорию Изинга.

Эксперименты проходили с использованием цепочек из атомов стронция, удерживаемых оптическими пинцетами. С помощью лазеров атомы переводились в ридберговские состояния, что позволяло рассматривать цепочку как единое квантовое целое. Для регистрации энергетических уровней применялся метод многочастичной модуляционной спектроскопии. В экспериментах участвовали цепочки, состоящие из 35 атомов. Полученные спектры полностью совпали с теоретическими предсказаниями конформной теории поля Изинга, что подтвердило точность модели.

Ранее лаборатория Caltech добилась впечатляющих результатов, удерживая до 6100 атомов в одном массиве. Следует отметить, что квантовые фазовые переходы наблюдаются при температурах, близких к абсолютному нулю. Конформная теория поля и трикритическая теория Изинга описывают универсальные закономерности поведения систем в критических точках, что придаёт дополнительное значение этим открытиям для будущих исследований.

Данное исследование является важным этапом в понимании квантовых систем и их характеристик, открывая новые возможности для дальнейших научных разработок. Экспериментальное измерение энергетических уровней, до сих пор существовавших лишь в теории, может оказать существенное влияние на развитие квантовых технологий, включая квантовые вычисления и квантовую криптографию. Полученные результаты также могут способствовать разработке новых методов решения сложных задач в физике и материаловедении.

Для российской научной аудитории это достижение демонстрирует, насколько быстро развиваются методы квантовых измерений и симуляций, что имеет ключевое значение для интеграции в международное научное сообщество и развития отечественной квантовой индустрии.

В то время как учёные из Калифорнийского технологического института сделали прорыв в измерении квантовых энергетических уровней, их коллеги также продолжают исследовать необычные явления в квантовом мире. Например, недавнее открытие, связанное с движением лазерного луча против потока квантовой световой жидкости, ставит под сомнение классические законы физики. Узнайте больше о том, как это открытие может изменить наше понимание квантовых процессов, в нашей статье о необычных явлениях в квантовой физике.