Forskare från Yale University och University of Auckland kunde registrera och förhindra kvanthopp av elektroner i ett trnivåssystem. Resultaten av experimentet publicerades i tidskriften Nature.
”Kvantsteg av en elektron liknar ett vulkanutbrott. Men vi har lärt oss att spåra och förhindra en katastrof, säger artikeln, huvudförfattare till Yale University, Zlatko Minev.
Bohr-modellen av atomen, som föddes 1913, säger att elektroner finns runt atomkärnan i vissa stationära tillstånd - i orbitaler. En specifik elektron kan passera från ett tillstånd till ett annat, men en kvantövergång sker omedelbart och med en förändring i systemets energi. Så när man hoppar till en högre energiskt högre kretslopp absorberas energi och till en lägre släpps den ut. Under lång tid var forskarna säkra på att kvanthopp skiljer sig från gradvisa klassiska övergångar i frånvaro av en bana mellan två stater.
För att bättre förstå detta fenomen introducerades ett tankeexperiment, kallat "Schrödingers katt." En viss katt är låst i en kammare med en maskin som utlöses av sönderfallet av en radioaktiv atom. En atom kan eller kanske inte sönderdelas med lika sannolikhet. Om förfall dock inträffar kommer enheten att kasta prussinsyraånga in i kammaren, vilket kommer att döda katten. Tills någon tittar in i lådan är katten en superposition (kombination) av staterna "levande" och "döda". Enligt denna uppfattning är kvantstoppet diskret under en observatørs blick.
På 1980-talet framkom den vetenskapliga teorin om kvantbanor. Enligt henne utvecklas systemets tillstånd kontinuerligt och hoppet föregås alltid av en latent period, under vilken det kan förutsägas och förhindras.
Systemets sista hypotetiska egenskap användes av fysiker för ett tre-nivåssystem av en superledande konstgjord atom (qubit) med en V-formad struktur av energinivåer, kyld till en temperatur med absolut noll (-273 ° C). Övergången av en elektron från marktillståndet till ett upphetsat tillstånd registrerades av forskarna genom att observera förändringen i resonansfrekvensen för den anslutna oscillerande kretsen. Resonansfrekvensen sjönk kraftigt när atomen hoppade in i ett extra tillstånd. Övergången till ett upphetsat tillstånd registrerades genom att frysa utvecklingen av systemet och mäta tillståndet med tomografi. Slutligen förhindrades övergången genom att registrera frånvaron av att detektera fotoner, som varje gång föregick kvanthoppet till ett upphetsat tillstånd.
Forskarna visade att atomens tillstånd förändrade kontinuerligt under mellanstider: utvecklingen av varje fullbordat hopp var kontinuerligt, sekventiellt och deterministiskt. Experimentet överensstämmer med förutsägelserna om teorin om kvantbanor.
