Quantum weirdness iski jälleen vuonna 2019. Nature-lehdessä kesäkuussa kuvattu koe ratkaisi intohimoisen keskustelun, joka on jakanut fyysikoita yli sadan vuoden ajan ja samalla herättänyt uusia kysymyksiä. Tutkijat ilmoittivat jäljittäneensä kvanttihypyn ennennäkemättömän yksityiskohtaisesti, osoittaen, että on mahdollista paitsi ennustaa, milloin hiukkanen saattaa hypätä, myös — oudosti — kääntää se hypyn puolivälissä.
”kvanttifysiikan tarinassa on enemmän kuin luulimme”, sanoo IBM: n tutkija, fyysikko Zlatko Minev, joka johti koetta Yalen yliopistossa.
kvanttihypyn käsite sai alkunsa vuonna 1913, kun tanskalainen fyysikko Niels Bohr esitteli vallankumouksellisen ajatuksen, jonka mukaan elektronit kiertävät atomien ydintä vain diskreeteillä orbitaaleilla eli energiatasoilla. Elektronit hyppäävät tasolta toiselle Bohrin hypoteesin mukaan absorboimalla tai emittoimalla energiapaketin, jota kutsutaan kvantiksi. Hiukkaset voivat olla olemassa tasolla tai toisella, mutta eivät koskaan niiden välillä. Tämän käsityksen mukaan kvanttihypyt ovat välittömiä ja sattumanvaraisia.
muut fyysikot ovat herjanneet ajatusta vastaan, että hiukkanen hyppää niin äkillisesti. ”Miten siirtyminen ilman koskaan ollut keskellä?”kysyy Minev. Tutkiakseen hypyn puolivälin mysteerejä Minev ja hänen yhteistyökumppaninsa käyttivät” keinotekoista atomia”, kokeellista järjestelmää, joka voi tehokkaasti jäljitellä elektronien käyttäytymistä, mukaan lukien kvanttihypyn.
Kvanttitilat muuttuvat suoraan mitattuna, joten välttääkseen tuon sudenkuopan Minev ryhmineen sen sijaan havaitsi proxy: fotonien taso heijastui tai absorboitui systeemin muuttaessa tilojaan ja energiatasojaan. He keräsivät ja analysoivat dataa mikrosekuntien asteikolla, jonka avulla he pystyivät etsimään käyttäytymistä, joka ei näy pidemmillä aikaväleillä. Yalen fyysikko ja toinen vanhempi kirjailija Michel Devoret vertaa sitä elokuvan katsomiseen hidastettuna. ”Kuten elokuvissa, näet asioita, joita et näe nopealla nopeudella.”
näin hienoilla asteikoilla kvanttihyppy näytti vähemmän äkilliseltä nykäykseltä ja enemmänkin tasaiselta, jatkuvalta siirtymältä energiatilasta toiseen. Tutkijat havaitsivat myös, että järjestelmä lähetti hienovaraisen signaalin ennen loikkaa ja että huolellisesti kalibroidulla valopulssilla he pystyivät peruuttamaan jo käynnissä olevia hyppyjä. Kvanttitilojen manipulointi tällä tavalla voi Minevin mukaan olla hyödyllistä kvanttitietokoneiden virheenkorjauksessa.
koe vahvistaa, että kvanttihypyn aikana hiukkanen todella on olemassa kahdessa tilassa yhtä aikaa. ”Tyypilliseen kvanttimuotiin Bohr oli samaan aikaan oikeassa ja väärässä”, Minev sanoo.
