in 2019 sloeg de Kwantumvrees opnieuw toe. Een experiment beschreven in de natuur in juni vestigde een gepassioneerd debat dat is verdeeld natuurkundigen voor meer dan een eeuw, terwijl ook het oproepen van nieuwe vragen. Onderzoekers kondigde aan dat ze een kwantumsprong in ongekend detail hadden gevolgd, waaruit bleek dat het niet alleen mogelijk is om te voorspellen wanneer een deeltje zou kunnen springen, maar ook — bizar genoeg — het halverwege hop omkeren.”Er is meer aan de hand met het verhaal van de kwantumfysica dan we dachten”, zegt natuurkundige Zlatko Minev, een onderzoeker bij IBM die het experiment leidde terwijl hij aan de Yale University zat.Het idee van een kwantumsprong ontstond in 1913, toen de Deense natuurkundige Niels Bohr het revolutionaire idee introduceerde dat elektronen alleen de kern van atomen cirkelen in discrete banen, of energieniveaus. Elektronen springen van het ene niveau naar het andere, Bohr veronderstelde, door het absorberen of uitzenden van een pakket van energie, genaamd een kwantum. De deeltjes kunnen op een of ander niveau bestaan, maar nooit daartussenin. Volgens dit idee zijn kwantumsprongen ogenblikkelijk en willekeurig.
andere natuurkundigen hebben zich verzet tegen het idee dat een deeltje zo abrupt springt. “Hoe werkt een overgang zonder ooit in het midden te zijn geweest?”vraagt Minev. Om de mid-jump mysteries te onderzoeken, gebruikten Minev en zijn medewerkers een “kunstmatig atoom”, een experimentele setup die effectief elektronengedrag kan nabootsen, inclusief een kwantumsprong.
Kwantumtoestanden veranderen wanneer ze direct worden gemeten, dus om te voorkomen dat de valkuil Minev en zijn team in plaats daarvan een proxy observeerden: het niveau van fotonen weerspiegeld of geabsorbeerd als het systeem veranderde staten en energieniveaus. Ze verzamelden en analyseerden gegevens op de schaal van microseconden, waardoor ze op zoek konden naar gedrag dat niet zichtbaar was met langere tijdsintervallen. Yale natuurkundige en co-senior auteur Michel devoret vergelijkt het met het kijken naar een film in slow motion. “Net als in de bioscoop, kun je dingen zien die je niet kunt zien op hoge snelheid.”
op zulke fijne schalen leek de kwantumsprong minder op een abrupte schok en meer op een gladde, continue overgang van de ene energietoestand naar de andere. De onderzoekers merkten ook op dat het systeem een subtiel signaal verstuurde voor een sprong, en dat ze met een zorgvuldig gekalibreerde lichtpuls al lopende sprongen konden omkeren. Kwantumtoestanden op deze manier manipuleren, zegt Minev, kan nuttig zijn bij foutcorrectie voor kwantumcomputers.
het experiment bevestigt dat tijdens een kwantumsprong het deeltje werkelijk in twee toestanden tegelijk bestaat. “In een typische kwantum Mode, Bohr had gelijk en fout op hetzelfde moment,” zegt Minev.
