Naukowcom z Uniwersytetu Yale i Uniwersytetu Auckland udało się zarejestrować i zapobiec kwantowym skokom elektronów w układzie trójpoziomowym. Wyniki eksperymentu zostały opublikowane w czasopiśmie Nature.
„Skoki kwantowe elektronu są podobne do erupcji wulkanu. Jednak nauczyliśmy się śledzić i zapobiegać katastrofie”- powiedział główny autor artykułu, pracownik Uniwersytetu Yale, Zlatko Minev.
Model atomu Bohra, który narodził się w 1913 r., Mówi, że elektrony znajdują się wokół jądra atomowego w określonych stanach stacjonarnych - na orbitaliach. Określony elektron może przejść z jednego stanu do drugiego, ale przejście kwantowe następuje natychmiast i wraz ze zmianą energii układu. Tak więc, skacząc na wyższą energetycznie wyższą orbitę, energia jest pochłaniana, a na niższą jest emitowana. Przez długi czas naukowcy byli przekonani, że skoki kwantowe różnią się od stopniowych klasycznych przejść przy braku trajektorii między dwoma stanami.
Aby lepiej zrozumieć to zjawisko, wprowadzono eksperyment myślowy nazwany „kotem Schrödingera”. Pewien kot jest zamknięty w komorze z maszyną, która jest uruchamiana przez rozpad radioaktywnego atomu. Atom może, ale nie musi, rozpaść się z równym prawdopodobieństwem. Jeśli jednak dojdzie do rozpadu, urządzenie wyrzuci do komory opary kwasu pruskiego, co spowoduje śmierć kota. Dopóki ktoś nie zajrzy do pudełka, kot jest superpozycją (połączeniem) stanów „żywy” i „martwy”. Zgodnie z tym poglądem skok kwantowy jest dyskretny pod okiem obserwatora.
XX wieku pojawiła się naukowa teoria trajektorii kwantowych. Według niej w trakcie skoku stan systemu nieustannie ewoluuje, a skok zawsze poprzedza okres utajony, w którym można go przewidzieć i mu zapobiec.
Ostatnią hipotetyczną właściwość układu wykorzystali fizycy dla trójpoziomowego układu sztucznego atomu nadprzewodzącego (kubitu) o strukturze poziomów energii w kształcie litery V, schłodzonego do temperatury zera absolutnego (-273 ° C). Przejście elektronu ze stanu podstawowego do stanu wzbudzonego zostało zarejestrowane przez naukowców, obserwując zmianę częstotliwości rezonansowej podłączonego obwodu oscylacyjnego. Częstotliwość rezonansowa gwałtownie spadła, gdy atom wskoczył w pomocniczy stan pośredni. Moment przejścia w stan wzbudzony rejestrowano zamrażając ewolucję układu i mierząc stan za pomocą tomografii. Ostatecznie przejście zostało powstrzymane poprzez zarejestrowanie braku wykrywających fotonów, które za każdym razem poprzedzały skok kwantowy do stanu wzbudzonego.
Naukowcy wykazali, że w międzyczasie stan atomu zmieniał się w sposób ciągły: ewolucja każdego ukończonego skoku była ciągła, sekwencyjna i deterministyczna. Eksperyment jest zgodny z przewidywaniami teorii trajektorii kwantowych.