Forskere fra Yale University og University of Auckland var i stand til at registrere og forhindre kvantehopp af elektroner i et tre-niveau system. Resultaterne af eksperimentet blev offentliggjort i tidsskriftet Nature.
”Kvantesprængninger af et elektron svarer til et vulkanudbrud. Vi har dog lært at spore og forhindre en katastrofe,”sagde hovedforfatter af artiklen, Yale University-medarbejder Zlatko Minev.
Bohr-modellen af atomet, som blev født i 1913, siger, at elektroner er placeret omkring atomkernen i visse stationære tilstande - i orbitaler. Et specifikt elektron kan passere fra en tilstand til en anden, men en kvanteovergang sker øjeblikkeligt og med en ændring i systemets energi. Så når man springer til en højere energisk højere orbital, absorberes energi, og til en lavere, udsendes den. I lang tid var videnskabsmænd sikre på, at kvantehopp adskiller sig fra gradvise klassiske overgange i mangel af en bane mellem to stater.
For bedre at forstå dette fænomen blev der introduceret et tankeeksperiment, kaldet "Schrödingers kat." En bestemt kat er låst i et kammer med en maskine, der udløses af henfaldet af et radioaktivt atom. Et atom kan eller måske ikke nedbrydes med lige sandsynlighed. Hvis desintegration imidlertid forekommer, vil enheden kaste prussinsyredampe ind i kammeret, hvilket vil dræbe katten. Indtil nogen ser ind i kassen, er katten en superposition (kombination) af staterne "levende" og "død". I henhold til dette synspunkt er kvantespringet diskret under en observatørs blik.
I 1980'erne opstod den videnskabelige teori om kvantebaner. Ifølge hende udvikler systemets tilstand kontinuerligt under springet, og spranget foregår altid efter en latent periode, i hvilken det kan forudsiges og forhindres.
Systemets sidste hypotetiske egenskab blev brugt af fysikere til et tre-niveau system af et superledende kunstigt atom (qubit) med en V-formet struktur af energiniveau, afkølet til en temperatur på absolut nul (-273 ° C). Overgangen af et elektron fra jordtilstanden til en ophidset tilstand blev registreret af forskerne ved at observere ændringen i resonansfrekvensen for det tilsluttede oscillerende kredsløb. Resonansfrekvensen faldt kraftigt, da atomet sprang i en hjælpestat, mellemtilstand. Øjeblikket med overgangen til en ophidset tilstand blev registreret ved at fryse udviklingen af systemet og måle tilstanden ved hjælp af tomografi. Endelig blev overgangen forhindret ved at registrere fraværet af at detektere fotoner, som hver gang foregik for kvantehoppet til en ophidset tilstand.
Forskerne viste, at atomens tilstand i mellemtider ændrede sig kontinuerligt: udviklingen af hvert afsluttet spring var kontinuerlig, sekventiel og deterministisk. Eksperimentet er i overensstemmelse med forudsigelserne af teorien om kvantebaner.