量子飛躍は現実であり、今ではそれらを制御することができます

リア-クレーンによって

一世紀以上にわたり、物理学者は、量子飛躍の本質について漕ぎ続けてきました。 答えがあり、真の量子形式では、誰もが少し正しかったです。

“量子の飛躍”という言葉は、過去数十年にわたって少し虐待を受けています–多くの人々にとって、それは大規模な変化のための決まり文句、またはScott Bakula主演のsfテレビ番組を思い起こさせるでしょう。 原子は離散的なエネルギー準位を持ち、原子内の電子はあるエネルギー準位から次のエネルギー準位にジャンプすることができますが、それらの特定の準位の間で観察することはできません。

1913年にこのアイデアを導入したニールス–ボーア、エルヴィン–シュレーディンガー、アルベルト-アインシュタインなどの物理学の巨人は、これらの飛躍（量子ジャンプとも呼ばれる）の詳細について、特にそれらが瞬間的であるかどうか、そしてそれらのタイミングがランダムであるかどうかについて衝突した。

さて、イェール大学のズラトコ・ミネフと彼の同僚達は議論を決着させた。 “非常に細かいスケールにズームインすると、ジャンプは瞬間的でも完全にランダムでもありません”とMinev氏は言います。

研究者たちは、原子のデフォルト状態である基底状態、基底状態に接続された”明るい”状態、原子がジャンプすることができる”暗い”状態の三つのエネルギー準位を持つ原子にアナログにする量子挙動を持つ超伝導電気回路を構築することによってこれを達成した。

彼らは人工原子にマイクロ波のビームを発射し、システムにエネルギーを注入した。 一般的に、原子は基底状態と明るい状態の間で急速に跳ね返り、明るい状態から地面に跳ね上がるたびに光子を放出していました。 しかし、原子がビームからより高いエネルギーの光子を吸収した場合、それは暗い状態に飛躍するでしょう。 暗い状態は明るい状態よりも安定していたので、原子は光子を放出せずに長くそこにとどまるでしょう。

これらの信号から、研究者は、原子が暗い状態に跳躍するにつれて、明るい状態からの光のフラッシュを探して、量子ジャンプがいつ始まったのかを知ることができました。 Minevはそれを火山の噴火を予測することと比較しています。 「それはランダムな現象であり、次の火山噴火がいつ発生するかを誰も予測することはできませんが、次の噴火が発生する前に、地面に特定の信号が

原子からの光の中での小康状態は、それらの地震警報信号に相当します。 長いタイムスケールでは、ボーアが考えていたように、次のジャンプがいつ発生するかを予測することは不可能ですが、わずか数マイクロ秒の短いタイムスケールではそうです。

“このような量子ジャンプが原子ではなく超伝導回路に見られたという事実は、自然原子を制御できない方法でこの超伝導回路を制御できるとい 私たちはいつか本物の原子で同じことをすることができるはずです、と彼は言います。

このコントロールは、ボーアと彼の同時代が不可能と考えていた何かをチームが行うことを可能にした理由を知

ジャンプが始まった直後に、研究者が電気パルスで原子を打った場合、彼らはそれを傍受し、原子を基底状態に戻すことができました。 代わりに、彼らは飛躍が毎回2つのエネルギーレベルの間で同じ経路をとることを発見したので、それらを跳ね返す方法を予測するのは簡単でした。

これは、Schrödingerが主張したように、量子飛躍は瞬間的ではなく、実際には約4マイクロ秒かかることを示しています。 「ある意味では、ジャンプはジャンプではありません」とMinev氏は言います。 「これらの細かい機能を見ると、予測可能性の小さな窓のためにできないと思ったことを行うことができます。”

これは最終的に量子コンピューティングのエラーを修正するのに役立つかもしれない、とMinev氏は言います。 予期しない量子ジャンプは、計算のミスをマークすることができ、この方法は、研究者がジャンプの開始を発見し、エラーを説明したり、半ば飛躍それを逆にすることができる可能性があります。 「これは非常に重要な科学的結果であり、将来の量子コンピュータとの関連性は、将来の量子コンピュータがどのように見えるかに依存するだろう」とOliver