a Quantum weirdness 2019-ben ismét megütötte. A Nature-ben júniusban leírt kísérlet szenvedélyes vitát rendezett, amely több mint egy évszázadon át megosztotta a fizikusokat, miközben új kérdéseket is felvetett. A kutatók bejelentették, hogy példátlan részletességgel követték nyomon a kvantumugrást, megmutatva, hogy nemcsak megjósolni lehet, hogy egy részecske mikor ugorhat, hanem — furcsa módon — megfordítani is.
“a kvantumfizika története több, mint gondoltuk” – mondja Zlatko Minev fizikus, az IBM kutatója, aki a Yale egyetemen vezette a kísérletet.
a kvantumugrás fogalma 1913-ban keletkezett, amikor Niels Bohr dán fizikus bevezette azt a forradalmi elképzelést, hogy az elektronok csak diszkrét pályákon vagy energiaszinteken körözik az atommagot. Az elektronok egyik szintről a másikra ugranak, Bohr feltételezte, hogy elnyelik vagy kibocsátják az energiacsomagot, amelyet kvantumnak neveznek. A részecskék létezhetnek egyik vagy másik szinten, de soha nem a kettő között. Ezen elképzelés szerint a kvantumugrások pillanatszerűek és véletlenszerűek.
más fizikusok ellenezték azt az elképzelést, hogy egy részecske ilyen hirtelen ugrik. “Hogyan működik az átmenet anélkül, hogy valaha is a közepén lett volna?”- kérdezi Minev. A középugrás rejtélyeinek vizsgálatához Minev és munkatársai egy “mesterséges atomot” használtak, egy kísérleti beállítást, amely hatékonyan képes utánozni az elektron viselkedését, beleértve a kvantumugrást is.
a kvantumállapotok közvetlenül mérve változnak, így a buktató elkerülése érdekében Minev és csapata ehelyett egy proxyt figyelt meg: a fotonok szintje visszaverődik vagy elnyelődik, amikor a rendszer megváltoztatja az állapotokat és az energiaszinteket. Mikroszekundumos skálán gyűjtötték és elemezték az adatokat, ami lehetővé tette számukra, hogy hosszabb időközönként nem látható viselkedéseket keressenek. A Yale fizikusa és társszerzője, Michel Devoret a filmet lassított felvételhez hasonlítja. “Mint a moziban, olyan dolgokat is láthat, amelyeket nem láthat gyors sebességgel.”
ilyen finom skálán a kvantumugrás kevésbé tűnt hirtelen rángatózásnak, inkább sima, folyamatos átmenetnek az egyik energiaállapotból a másikba. A kutatók azt is megjegyezték, hogy a rendszer egy finom jelet küldött ki egy ugrás előtt, és hogy egy gondosan kalibrált fényimpulzussal meg tudják fordítani a már folyamatban lévő ugrásokat. Minev szerint a kvantumállapotok ilyen módon történő manipulálása hasznos lehet a kvantumszámítógépek hibajavításában.
a kísérlet megerősíti, hogy egy kvantumugrás során a részecske valóban két állapotban létezik egyszerre. “Tipikus kvantum módon Bohrnak egyszerre volt igaza és tévedett” – mondja Minev.
