Kvantové skoky jsou skutečné – a teď můžeme je ovládat

Leah Jeřáb

Po více než století, fyzikové, které byly veslování o skutečné povaze kvantový skok. Nyní existuje odpověď, a ve skutečné kvantové podobě, všichni byli trochu korektní.

výraz „kvantový skok“ vzal trochu týrání v průběhu posledních několika desítek let – pro mnoho lidí to bude volat na mysl klišé pro masivní změnu, nebo sci-fi TELEVIZNÍ program, hrají Scott Bakula. Je to vlastně popisuje jeden z hlavních principů kvantové fyziky: že atomy mají diskrétní energetické hladiny, a elektrony v atomu mohou skákat z jedné energetické úrovně na další, ale nemůže být pozorována mezi tyto specifické úrovně.

Titans fyziky včetně Niels Bohr, který představil myšlenku v roce 1913, Erwin Schrödinger, a Albert Einstein se střetli nad specifika těchto skoky – také známý jako kvantové skoky – zejména o tom, zda byly okamžité a zda je jejich načasování nebylo náhodné.

nyní Zlatko Minev na Yale University a jeho kolegové urovnali debatu. „Pokud se přiblížíme na velmi jemné měřítko, skok není ani okamžitý, ani tak úplně náhodný, jak jsme si mysleli,“ říká Minev.

vědci dosaženo tím, že staví na supravodivé elektrický obvod s kvantovou chování, které je analogické k atomu s tři energetické úrovně: zemi, státu, který je atom je výchozí stav, „světlé“ stát připojen k zemi, státu, a „temné“ státu, do něhož atom může skočit.

vypálili paprsek mikrovln na umělý atom, aby vstřikovali energii do systému. Obecně, atom rychle skákal mezi základním stavem a jasným stavem, emitující foton pokaždé, když skočil z jasného na zem. Pokud by však atom absorboval foton s vyšší energií z paprsku, skočil by do temného stavu. Temný stav byl stabilnější než jasný stav, takže atom by tam zůstal déle, aniž by emitoval fotony.

z těchto signálů vědci dokázali zjistit, kdy kvantový skok začal hledáním záblesku světla z jasného stavu, po němž následoval klid, když atom skočil do temného stavu. Minev to srovnává s předpovědí erupce sopky. „Je to náhodný jev, nikdo nemůže předpovědět, kdy dojde k další erupci sopky, nicméně předtím, než dojde k další erupci, jsou v zemi určité signály, které můžeme detekovat a použít jako varování,“ říká.

klid světla z atomu je ekvivalentní těmto seismickým varovným signálům. V delších časových lhůtách není možné předpovědět, kdy dojde k dalšímu skoku, jak si myslel Bohr-ale v kratších časových lhůtách pouhých několika mikrosekund, jsou.

„skutečnost, že takový kvantový skok byl viděn v supravodivý obvod, spíše než atom, svědčí skutečnost, že můžeme kontrolovat tento supravodivý obvod v způsoby, které nemůžeme ovládat přírodní atomů,“ říká William Oliver na Massachusetts Institute of Technology. Jednou bychom měli být schopni udělat totéž se skutečnými atomy, říká.

tato kontrola umožnila týmu udělat něco, co by Bohr a jeho současníci považovali za nemožné-ovládat kvantový skok.

Pokud jen po skoku začal, vědci narazí na atom s elektrický impuls, že by mohl zachytit a poslat atom zpět do základního stavu, což by nebylo možné, pokud kvantové skoky byly opravdu momentální a náhodné. Místo toho zjistili, že skoky se pokaždé vydaly stejnou cestou mezi oběma energetickými úrovněmi, takže bylo snadné předpovědět, jak je odrazit zpět.

to ukazuje, že, jak trval Schrödinger, kvantové skoky nejsou okamžité – ve skutečnosti trvají asi čtyři mikrosekundy. „V jistém smyslu skoky nejsou skoky,“ říká Minev. „Pokud se podíváte na tyto jemnější funkce, můžete dělat věci, které jste si možná mysleli, že nemůžete udělat kvůli těmto malým oknům předvídatelnosti.“

to může být nakonec užitečné pro opravu chyb v kvantovém výpočtu, říká Minev. Nečekané kvantový skok mohl znamenat chybu ve výpočtech, a tato metoda by mohla umožnit vědci místě startu skok a účet za chybu, nebo dokonce zvrátit mid-skok. „To je velmi důležitý vědecký výsledek, a jeho význam pro kvantové počítače budoucnosti bude záviset na tom, co kvantové počítače budoucnosti vypadat,“ říká Oliver.