Quantum weirdness slog igen i 2019. Ett experiment som beskrivs i Nature i juni avgjorde en passionerad debatt som har delat fysiker i över ett sekel, samtidigt som de väckte nya frågor. Forskare meddelade att de hade spårat ett kvantesprång i oöverträffad detalj, vilket visar att det inte bara är möjligt att förutsäga när en partikel kan hoppa, men också — Bizarre — vända det i mitten av hop.
” det finns mer i historien om kvantfysik än vi trodde”, säger fysiker Zlatko Minev, en forskare vid IBM som ledde experimentet vid Yale University.
begreppet kvanthopp härstammar 1913, då den danska fysikern Niels Bohr introducerade den revolutionära tanken att elektroner bara cirklar atomkärnan i diskreta banor eller energinivåer. Elektroner hoppar från en nivå till en annan, Bohr hypotesen, genom att absorbera eller avge ett energipaket, kallat en kvant. Partiklarna kan existera på en eller annan nivå, men aldrig däremellan. Enligt denna uppfattning är kvantsteg momentana och slumpmässiga.
andra fysiker har rasat mot tanken att en partikel hoppar så plötsligt. ”Hur gör en övergång utan att någonsin ha varit i mitten?”frågar Minev. För att undersöka mid-jump-mysterierna använde Minev och hans medarbetare en ”artificiell atom”, en experimentell inställning som effektivt kan efterlikna elektronbeteenden, inklusive ett kvanthopp.
kvanttillstånd förändras när de mäts direkt, så för att undvika att fallgropen minev och hans team istället observerade en proxy: nivån av fotoner reflekteras eller absorberas som systemet förändrade tillstånd och energinivåer. De samlade in och analyserade data på omfattningen av mikrosekunder, vilket gjorde det möjligt för dem att leta efter beteenden som inte var synliga vid längre tidsintervaller. Yale fysiker och co-senior författare Michel Devoret jämför det med att titta på en film i slow motion. ”Som på bio kan du se saker du inte kan se i snabb hastighet.”
vid sådana fina skalor verkade kvanthoppet mindre som en plötslig ryck och mer som en smidig, kontinuerlig övergång från ett energitillstånd till ett annat. Forskarna noterade också att systemet skickade ut en subtil signal före ett språng, och att med en noggrant kalibrerad ljuspuls kunde de vända hopp som redan pågår. Att manipulera kvanttillstånd på detta sätt, säger Minev, kan vara användbart vid felkorrigering för kvantdatorer.
experimentet bekräftar att partikeln verkligen existerar i två tillstånd samtidigt under ett kvanthopp. ”På ett typiskt kvantmode var Bohr rätt och fel samtidigt”, säger Minev.
