Des chercheurs de l'Université de Yale et de l'Université d'Auckland ont pu enregistrer et empêcher les sauts quantiques d'électrons dans un système à trois niveaux. Les résultats de l'expérience ont été publiés dans la revue Nature.
«Les sauts quantiques d'un électron sont similaires à une éruption volcanique. Cependant, nous avons appris à suivre et à prévenir une catastrophe », a déclaré l'auteur principal de l'article, Zlatko Minev, un employé de l'Université de Yale.
Le modèle de l'atome de Bohr, né en 1913, dit que les électrons sont situés autour du noyau atomique dans certains états stationnaires - dans les orbitales. Un électron spécifique peut passer d'un état à un autre, mais une transition quantique se produit instantanément et avec un changement d'énergie du système. Ainsi, en sautant vers une orbitale plus élevée énergétiquement plus élevée, l'énergie est absorbée et vers une orbitale inférieure, elle est émise. Pendant longtemps, les scientifiques étaient convaincus que les sauts quantiques différaient des transitions classiques graduelles en l'absence de trajectoire entre deux états.
Pour mieux comprendre ce phénomène, une expérience de pensée a été introduite, appelée «chat de Schrödinger». Un certain chat est enfermé dans une chambre avec une machine déclenchée par la désintégration d'un atome radioactif. Un atome peut ou non se désintégrer avec une probabilité égale. Cependant, si une désintégration se produit, l'appareil jettera des vapeurs d'acide prussique dans la chambre, ce qui tuera le chat. Jusqu'à ce que quelqu'un regarde dans la boîte, le chat est une superposition (combinaison) des états «vivant» et «mort». Selon cette vision, le saut quantique est discret sous le regard d'un observateur.
Dans les années 1980, la théorie scientifique des trajectoires quantiques a émergé. Selon elle, lors du saut, l'état du système évolue en permanence et le saut est toujours précédé d'une période latente, pendant laquelle il peut être prédit et prévenu.
La dernière propriété hypothétique du système a été utilisée par les physiciens pour un système à trois niveaux d'un atome artificiel supraconducteur (qubit) avec une structure en forme de V de niveaux d'énergie, refroidi à une température de zéro absolu (-273 ° C). La transition d'un électron de l'état fondamental à un état excité a été enregistrée par les scientifiques en observant le changement de la fréquence de résonance du circuit oscillant connecté. La fréquence de résonance a fortement chuté lorsque l'atome a sauté dans un état auxiliaire intermédiaire. Le moment de transition vers un état excité a été enregistré en figeant l'évolution du système et en mesurant l'état à l'aide de la tomographie. Enfin, la transition a été empêchée en enregistrant l'absence de détection de photons, qui à chaque fois précédait le saut quantique vers un état excité.
Les chercheurs ont montré que pour les temps intermédiaires, l'état de l'atome changeait continuellement: l'évolution de chaque saut effectué était continue, séquentielle et déterministe. L'expérience est cohérente avec les prédictions de la théorie des trajectoires quantiques.
