Eksperyment opisany w czerwcu w Nature rozstrzygnął namiętną debatę, która dzieli fizyków od ponad wieku, stawiając jednocześnie nowe pytania. Naukowcy ogłosili, że śledzili skok kwantowy w niespotykanych szczegółach, pokazując, że możliwe jest nie tylko przewidzenie, kiedy cząstka może skoczyć, ale także — co dziwne — odwrócenie jej w połowie skoku.
„w historii fizyki kwantowej jest więcej niż myśleliśmy”, mówi fizyk Zlatko Minev, naukowiec z IBM, który prowadził eksperyment na Uniwersytecie Yale ’ a.
pojęcie skoku kwantowego pochodzi z 1913 roku, kiedy duński fizyk Niels Bohr wprowadził rewolucyjną ideę, że elektrony okrążają jądro atomów tylko po dyskretnych orbitach lub poziomach energii. Elektrony przeskakują z jednego poziomu na drugi, przez absorbowanie lub emitowanie pakietu energii, zwanego kwantem. Cząstki mogą istnieć na tym czy innym poziomie, ale nigdy pomiędzy. Zgodnie z tą ideą, skoki kwantowe są natychmiastowe i przypadkowe.
inni fizycy sprzeciwiali się idei, że cząstka tak gwałtownie skacze. „Jak przejście, nie będąc w środku?”pyta Minev. Do zbadania tajemnic mid-jump Minev i jego współpracownicy użyli „sztucznego atomu”, eksperymentalnej konfiguracji, która może skutecznie naśladować zachowania elektronów, w tym skok kwantowy.
Stany kwantowe zmieniają się, gdy mierzone są bezpośrednio, więc aby uniknąć pułapki, Minev i jego zespół obserwowali proxy: poziom fotonów odbitych lub pochłoniętych, gdy układ zmieniał stany i poziomy energii. Zbierali i analizowali dane w skali mikrosekund, co pozwalało im szukać zachowań niewidocznych w dłuższych odstępach czasu. Fizyk z Yale i współautor Michel Devoret porównuje to do oglądania filmu w zwolnionym tempie. „Podobnie jak w kinie, można zobaczyć rzeczy, których nie można zobaczyć z dużą prędkością.”
przy tak drobnych skalach skok kwantowy wyglądał mniej jak gwałtowny szarpnięcie, a bardziej jak płynne, ciągłe przejście z jednego stanu energetycznego do drugiego. Naukowcy zauważyli również, że system wysyłał subtelny sygnał przed skokiem i że przy starannie skalibrowanym impulsie światła mogą odwrócić skoki już w toku. Manipulowanie Stanami kwantowymi w ten sposób, mówi Minev, może być przydatne w korekcji błędów w komputerach kwantowych.
eksperyment potwierdza, że podczas skoku kwantowego cząstka rzeczywiście istnieje w dwóch stanach jednocześnie. „W typowym kwantowym stylu, Bohr był dobry i zły w tym samym czasie,” mówi Minev.
