量子奇妙さは2019年に再び襲った。 6月にNatureに記載された実験は、1世紀以上にわたって物理学者を分けた情熱的な議論を解決し、新たな疑問を提起しました。 研究者たちは、粒子がいつジャンプするかを予測するだけでなく、ホップの途中で逆転させることも可能であることを示し、前例のない詳細に大飛躍を追跡したと発表しました。
「量子物理学の話には、私たちが思っていた以上のことがあります」と、イェール大学で実験を主導したIBMの研究科学者である物理学者Zlatko Minevは言います。
量子ジャンプの概念は、デンマークの物理学者Niels Bohrが、電子が離散軌道またはエネルギー準位で原子の核を一周するという革命的な考えを導入した1913 ボーアは、量子と呼ばれるエネルギーのパケットを吸収または放出することによって、電子があるレベルから別のレベルにジャンプすると仮定した。 粒子はあるレベルまたは別のレベルに存在することができますが、その間には存在しません。 この考えによれば、量子飛躍は瞬間的かつランダムである。
他の物理学者は、粒子が急激にジャンプするという考えに反対しています。 “どのようにこれまで途中でされていない移行はありませんか？”ミネフに尋ねます。 ミッドジャンプの謎を探るために、Minevと彼の共同研究者は、量子ジャンプを含む電子の挙動を効果的に模倣することができる実験的なセットアップである「人工原子」を使用しました。
量子状態は直接測定すると変化するので、その落とし穴を避けるためにMinevと彼のチームは代わりにプロキシを観察しました: 光子のレベルは、システムが状態とエネルギーレベルを変化させたときに反射または吸収されます。 彼らはマイクロ秒のスケールでデータを収集して分析し、より長い時間間隔では見えない行動を探すことができました。 イェール大学の物理学者で共同上級著者のMichel Devoretは、それをスローモーションで映画を見ることと比較しています。 “映画のように、見えないものを速いスピードで見ることができます。”
このような微細なスケールでは、量子ジャンプは突然のジャークのようには見えず、あるエネルギー状態から別のエネルギー状態への滑らかで連続的な遷移のように見えました。 研究者らはまた、システムが跳躍の前に微妙な信号を送り、慎重に較正された光のパルスで、すでに進行中のジャンプを逆転させる可能性があることにも留意した。 このように量子状態を操作することは、量子コンピュータの誤り訂正に役立つ可能性があるとMinev氏は述べています。
この実験は、量子ジャンプの間、粒子は実際には一度に二つの状態に存在することを確認しています。 「典型的な量子的方法では、ボーアは同時に正しいことと間違っていました」とMinev氏は言います。
