Kvantový simulátor z atomů stroncia: Kredit: Stephan Naus, AI-generated artwork.

Nový hojně sledovaný výzkum z Caltchu pěkně ukazuje, že ani lidé se zájmem pro vědu nejsou odolní vůči klikbajtům. Na Caltechu se rozhodli popularizovat pěknou, ale dost obtížně srozumitelnou studii pod svůdným klikbajtem „Universal pattern revealed in quantum matter,“ který by nažhavil i mrtvolu. Zní to skoro jako odhalení základní struktury vesmíru. O nic takového ale samozřejmě nejde a Caltech by se měl krotit. Ve skutečnosti je to zajímavé využití kvantových simulátorů při testování předpovědí konformních teorií polí (CFT, Conformal field theory).

Když různé materiály přecházejí z jedné fáze do druhé, například když se voda začne vařit nebo magnet ztratí schopnost přitahovat kovy, mohou se při tom chovat naprosto stejně a řídit se stejnými matematickými pravidly. Říká se tomu univerzalita a matematiku stojící v pozadí takových „univerzálních“ vlastností obvykle popisuje teoretický rámec známý jako konformní teorie pole.

Manuel Endres třetí zprava. Kredit: Caltech/Gyohei Nomura.

Manuel Endres z Caltechu a jeho kolegové se jako první pustili do experimentálního testování předpovědí konformních teorií polí, v tomto případě dvou různých. Využili k nim kvantové simulátory, tedy zjednodušené verze kvantových počítačů uzpůsobené pro konkrétní úlohy.

Díky nové technologii vyvinuté pro tyto kvantové simulátory tým poprvé přímo změřil energetické hladiny syntetické kvantové hmoty, jejichž hodnoty předpovídají Isingova a pak podobně znějící ale jiná, trikritická Isingova konformní teorie pole.

Teorie v pozadí experimentů. Kredit: Caltech/Gyohei Nomura.

Název Ising odkazuje na fyzika Ernsta Isinga, který před sto lety vyřešil jeden z prvních modelů magnetismu. Obě teorie popisují univerzální chování, které se objevuje ve chvíli, kdy se kvantový systém, vykazující exotické vlastnosti, jako jsou provázání a superpozice, ocitne v kritickém bodě mezi dvěma stavy, z nichž jeden je uspořádanější než druhý.

Na rozdíl od fázových přechodů známých z každodenního života, jako je přeměna vody na páru, tento přechod není ovládán teplotou, ale kvantové efekty, které se projevují při teplotách blízkých absolutní nule. Jakmile se systém dostane do tohoto kritického bodu, je možné ho s použitím laserů excitovat a dosáhnout řady předpovězených konkrétních energií, které badatelé připodobňují k příčkám žebříku.

Vědci asi čtyřicet let využívali konformní teorie pole k výpočtu rozestupů mezi těmito „příčkami žebříku.“ Dosud je však nikdo experimentálně nezměřil. Endres s kolegy využili kvantové simulátory tvořené 1D soustavami atomů stroncia v laserových optických pinzetách, uspořádaných do řetězce. Dalšími lasery je excitovali do vysokoenergetických Rydbergových stavů a řetězec atomů se pak choval jako jediný celek. Pomocí mnohačásticové modulační spektroskopie poté měřili „energetický žebřík.“ Do budoucna se chystají dělat podobná kouzla ve 2D.

Video: Jan 27, 2026 -Manuel Endres [Caltech]

Literatura

Caltech 19. 8. 2026.

Nature online 19. 8. 2026.