Caltechが主導する物理学共同研究チーム——Manuel Endres教授の実験研究室とJason Alicea教授の理論グループを組み合わせ、さらにUniversité Paris-SaclayとTechnical University of Munichの理論物理学者を加えたチーム——が、2次元共形場理論（CFT）によって予測される有限サイズのエネルギー励起スペクトルの初めての直接的な実験測定を行いました。Nature誌に詳述されたこの成果（「Observation of conformal field theory spectra in a quantum simulator」）において、研究チームはアナログ中性原子量子シミュレータを用い、量子相転移点においてJohn Cardyが40年前に構築したCFTの枠組みによって予測される低エネルギー準位比（「エネルギーはしごの段」）を測定しました。
共形場理論は、統計力学、凝縮系物理学、そして高エネルギー物理学（AdS/CFT対応など）にまたがる普遍的な振る舞いを記述します。絶対零度の量子臨界点では、物質の微視的な詳細は消え去り、低エネルギー励起スペクトルはCFT演算子によって支配される普遍的なスケーリング比に従います。
- 実験セットアップ：研究チームは光ピンセットを用いて最大35個のストロンチウム原子から成る1次元鎖をトラップし、Rydbergブロッケード領域内で強く相互作用するRydberg状態（Vij ∝ ∣ri − rj∣−6）へと励起させました。レーザーのラビ周波数（Ω）とデチューニング（Δ）を調整することで、原子鎖を精密に量子臨界点に配置しました。
- 多体変調分光法：研究チームは、大域的なレーザー駆動を特定の周波数でわずかに変調し、その集団応答を測定するという診断技術を導入しました。変調周波数を掃引することで離散的なエネルギー準位が分解され、測定されたスペクトルはIsing CFTおよび三重臨界Ising CFTによって予測される単一の普遍曲線へと収束しました。
- 局所境界およびパリティ制御：個々の原子への直接アドレッシングを活用し、研究チームは反射パリティ対称性によって励起状態を分類し、鎖の境界においてサイト依存のデチューニング（δΔi）を適用しました。これにより、3つの異なる固定点境界条件間の遷移が誘起され、理論が予測する通りに観測可能な低エネルギーCFTスペクトルが直接変化しました。
米国エネルギー省（Quantum Systems AcceleratorおよびQuantum Science Centerを含む）、National Science Foundation（IQIM at Caltech）、DARPA、およびAir Force Office of Scientific Researchの支援を受け、この分光技術は、古典的な数値シミュレーションの限界を超える未知の量子相転移や強相関量子物質を特徴づけるための非侵襲的な診断ツールを提供します。
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2026年8月20日
