I ricercatori della Yale University e dell'Università di Auckland sono stati in grado di registrare e prevenire salti quantici di elettroni in un sistema a tre livelli. I risultati dell'esperimento sono stati pubblicati sulla rivista Nature.
“I salti quantici di un elettrone sono simili a un'eruzione vulcanica. Tuttavia, abbiamo imparato a monitorare e prevenire una catastrofe , ha detto l'autore principale dell'articolo, Zlatko Minev, dipendente dell'Università di Yale.
Il modello di Bohr dell'atomo, nato nel 1913, afferma che gli elettroni si trovano intorno al nucleo atomico in determinati stati stazionari - negli orbitali. Un elettrone specifico può passare da uno stato all'altro, ma una transizione quantistica avviene istantaneamente e con un cambiamento nell'energia del sistema. Quindi, quando si salta a un orbitale energeticamente più alto, l'energia viene assorbita e viene emessa su uno inferiore. Per molto tempo, gli scienziati erano fiduciosi che i salti quantistici differissero dalle transizioni classiche graduali in assenza di una traiettoria tra due stati.
Per comprendere meglio questo fenomeno, è stato introdotto un esperimento mentale, chiamato "gatto di Schrödinger". Un certo gatto è rinchiuso in una camera con una macchina innescata dal decadimento di un atomo radioattivo. Un atomo può o non può disintegrarsi con uguale probabilità. Tuttavia, se si verifica la disintegrazione, il dispositivo getterà vapori di acido prussico nella camera, che ucciderà il gatto. Fino a quando qualcuno non guarda nella scatola, il gatto è una sovrapposizione (combinazione) degli stati "vivo" e "morto". Secondo questa visione, il salto quantico è discreto sotto lo sguardo di un osservatore.
Negli anni '80 è emersa la teoria scientifica delle traiettorie quantistiche. Secondo lei, durante il salto, lo stato del sistema evolve continuamente e il salto è sempre preceduto da un periodo latente, durante il quale può essere previsto e prevenuto.
L'ultima proprietà ipotetica del sistema è stata utilizzata dai fisici per un sistema a tre livelli di un atomo artificiale superconduttore (qubit) con una struttura a forma di V dei livelli di energia, raffreddato a una temperatura di zero assoluto (-273 ° C). La transizione di un elettrone dallo stato fondamentale a uno stato eccitato è stata registrata dagli scienziati osservando il cambiamento nella frequenza di risonanza del circuito oscillatorio collegato. La frequenza di risonanza è scesa bruscamente quando l'atomo è saltato in uno stato ausiliario intermedio. Il momento di transizione a uno stato eccitato è stato registrato congelando l'evoluzione del sistema e misurando lo stato mediante tomografia. Infine, la transizione è stata impedita registrando l'assenza di rilevamento dei fotoni, che ogni volta ha preceduto il salto quantico in uno stato eccitato.
I ricercatori hanno dimostrato che per i tempi intermedi, lo stato dell'atomo cambiava continuamente: l'evoluzione di ogni salto completato era continua, sequenziale e deterministica. L'esperimento è coerente con le previsioni della teoria delle traiettorie quantistiche.
