今回の挑戦には、性格のまったく違う2台の量子コンピューターが投入されました。
ひとつは米クエラ社の中性原子シミュレーター「Aquila」。真空中に浮かべた数十個のルビジウム原子を光のピンセットでハチの巣(カゴメ格子)状に並べ、原子どうしの自然な相互作用をそのまま“強い力”の模型に仕立てるアナログ型です。
もうひとつはグーグル社の超伝導チップ「Sycamore」。指令どおりに量子ビットへゲート操作を刻み、数式どおりに時間を進めるデジタル型です。やり方は対照的ですが、どちらも目標は同じ――「2次元+時間」のミニ宇宙で、“見えないゴムひも”が伸びて切れる瞬間をとらえることでした。
1つ目の方法:光のピンセットで作った“原子の蜂の巣”
Aquila では、隣り合う原子が同時に励起できない “リュードベリブロッケード” を利用し、原子列そのものにゲージ対称性を持たせました。研究チームはまず格子上に“+電荷”と“-電荷”の役を演じる2個の原子を置き、両者を結ぶ力の糸(フラックスチューブ)が最も落ち着く基底状態を準備。そこからレーザー周波数を少しずつ変えて糸をぎゅーっと引き伸ばす実験を行いました。
すると張力が限界を超えた瞬間、糸はブチッと切れる代わりに 「真空からペア誕生」 を起こして2本の新しい糸に早変わりしまさに理論で予言されていた弦の破壊の実写版が確認できました。
この過程を研究者はサブマイクロ秒(数百ナノ秒〜数マイクロ秒)という目にも留まらぬ時間分解能で追跡し、「数十量子ビット規模でもリアルタイム動画が撮れる」と実証しました。
第一著者ダニエル・ゴンサレス=クアドラ博士は「2次元という“揺れ放題”の舞台で糸が切れる様子を直接見られたのは、とびきりの一歩です」と語り、共同最終著者アレクセイ・バイリンスキー氏も「オープンアクセスの原子ハードウェアが、理論だけだった問題を実験テーマへ格上げしました」と胸を張ります。