Onderzoekers van de Yale University en de University of Auckland waren in staat om kwantumsprongen van elektronen in een systeem met drie niveaus te registreren en te voorkomen. De resultaten van het experiment zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature.
“Kwantumsprongen van een elektron zijn vergelijkbaar met een vulkaanuitbarsting. We hebben echter geleerd om een catastrofe op te sporen en te voorkomen,”zei hoofdauteur van het artikel, Yale University-medewerker Zlatko Minev.
Het Bohr-model van het atoom, dat werd geboren in 1913, zegt dat elektronen zich rond de atoomkern bevinden in bepaalde stationaire toestanden - in orbitalen. Een specifiek elektron kan van de ene toestand naar de andere gaan, maar een kwantumtransitie vindt onmiddellijk plaats en met een verandering in de energie van het systeem. Dus als je naar een hogere energetisch hogere orbitaal springt, wordt energie geabsorbeerd en naar een lagere wordt deze uitgezonden. Wetenschappers waren er lange tijd van overtuigd dat kwantumsprongen verschillen van geleidelijke klassieke overgangen bij afwezigheid van een traject tussen twee toestanden.
Om dit fenomeen beter te begrijpen, werd een gedachte-experiment geïntroduceerd, genaamd "Schrödinger's cat". Een bepaalde kat zit opgesloten in een kamer met een machine die wordt geactiveerd door het verval van een radioactief atoom. Een atoom kan al dan niet met dezelfde waarschijnlijkheid desintegreren. Als er echter desintegratie optreedt, zal het apparaat blauwzure dampen in de kamer werpen, waardoor de kat zal doden. Totdat iemand in de doos kijkt, is de kat een superpositie (combinatie) van de toestanden "levend" en "dood". Volgens deze visie is de kwantumsprong discreet onder de blik van een waarnemer.
In de jaren tachtig ontstond de wetenschappelijke theorie van kwantumtrajecten. Volgens haar evolueert de toestand van het systeem tijdens de sprong continu en wordt de sprong altijd voorafgegaan door een latente periode waarin deze kan worden voorspeld en voorkomen.
De laatste hypothetische eigenschap van het systeem werd door natuurkundigen gebruikt voor een systeem met drie niveaus van een supergeleidend kunstmatig atoom (qubit) met een V-vormige structuur van energieniveaus, gekoeld tot een temperatuur van het absolute nulpunt (-273 ° C). De overgang van een elektron van de grondtoestand naar een aangeslagen toestand werd door de wetenschappers geregistreerd door de verandering in de resonantiefrequentie van het aangesloten oscillerende circuit te observeren. De resonantiefrequentie daalde sterk toen het atoom in een hulp, tussenliggende toestand sprong. Het moment van overgang naar een aangeslagen toestand werd geregistreerd door de evolutie van het systeem te bevriezen en de toestand te meten met behulp van tomografie. Ten slotte werd de overgang voorkomen door de afwezigheid van detecterende fotonen te registreren, die telkens voorafgingen aan de kwantumsprong naar een aangeslagen toestand.
De onderzoekers toonden aan dat voor tussentijden de toestand van het atoom continu veranderde: de evolutie van elke voltooide sprong was continu, opeenvolgend en deterministisch. Het experiment is consistent met de voorspellingen van de theorie van kwantumtrajecten.
