Investigadores de la Universidad de Yale y la Universidad de Auckland pudieron registrar y prevenir saltos cuánticos de electrones en un sistema de tres niveles. Los resultados del experimento se publicaron en la revista Nature.
“Los saltos cuánticos de un electrón son similares a una erupción volcánica. Sin embargo, hemos aprendido a rastrear y prevenir una catástrofe”, dijo el autor principal del artículo, Zlatko Minev, empleado de la Universidad de Yale.
El modelo de Bohr del átomo, que nació en 1913, dice que los electrones están ubicados alrededor del núcleo atómico en ciertos estados estacionarios, en los orbitales. Un electrón específico puede pasar de un estado a otro, pero una transición cuántica ocurre instantáneamente y con un cambio en la energía del sistema. Entonces, al saltar a un orbital superior energéticamente más alto, la energía se absorbe y a uno más bajo, se emite. Durante mucho tiempo, los científicos confiaron en que los saltos cuánticos difieren de las transiciones clásicas graduales en ausencia de una trayectoria entre dos estados.
Para comprender mejor este fenómeno, se introdujo un experimento mental, llamado "El gato de Schrödinger". Cierto gato está encerrado en una cámara con una máquina que se activa por la desintegración de un átomo radiactivo. Un átomo puede desintegrarse o no con la misma probabilidad. Sin embargo, si se produce la desintegración, el dispositivo arrojará vapores de ácido prúsico a la cámara, lo que matará al gato. Hasta que alguien mira dentro de la caja, el gato es una superposición (combinación) de los estados "vivo" y "muerto". Según este punto de vista, el salto cuántico es discreto bajo la mirada de un observador.
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En la década de 1980 surgió la teoría científica de las trayectorias cuánticas. Según ella, durante el salto, el estado del sistema evoluciona continuamente y el salto siempre está precedido por un período de latencia, durante el cual se puede predecir y prevenir.
La última propiedad hipotética del sistema fue utilizada por los físicos para un sistema de tres niveles de un átomo artificial superconductor (qubit) con una estructura en forma de V de niveles de energía, enfriado a una temperatura de cero absoluto (-273 ° C). Los científicos registraron la transición de un electrón desde el estado fundamental a un estado excitado observando el cambio en la frecuencia de resonancia del circuito oscilatorio conectado. La frecuencia de resonancia cayó bruscamente cuando el átomo saltó a un estado intermedio auxiliar. El momento de transición a un estado excitado se registró congelando la evolución del sistema y midiendo el estado mediante tomografía. Finalmente, la transición se evitó al registrar la ausencia de fotones de detección, que cada vez precedía al salto cuántico a un estado excitado.
Los investigadores demostraron que para tiempos intermedios, el estado del átomo cambiaba continuamente: la evolución de cada salto completado era continua, secuencial y determinista. El experimento es consistente con las predicciones de la teoría de trayectorias cuánticas.
