Kuantum Sıçraması Nedir? Bir Elektron, İki Enerji Seviyesi Arasında "Anında" Nasıl Sıçrama Yapabilir?

Kuantum tuhaflığı 2019'da tekrar ortaya çıktı. Haziran ayında Nature'da açıklanan bir deney, fizikçileri yüzyılı aşkın bir süredir bölen tutkulu bir tartışmaya yol açarken yeni sorular da gündeme getirdi.

Araştırmacılar, daha önce görülmemiş düzeyde detaylı bir şekilde bir kuantum sıçraması takip ettiklerini ilan ettiler. Bu da sadece ne zaman zıplayabileceğini tahmin etmekle kalmayıp, aynı zamanda orta zıplamayı tersine çevirmenin mümkün olduğunu gösterdi. IBM'de Yale Üniversitesi'ndeki, araştırmayı yürüten fizikçi Zlatko Minev şöyle diyor:

Kuantum fiziğinin hikayesinde düşündüğümüzden fazlası var.

Kuantum sıçraması kavramı, 1913'te Danimarkalı fizikçi Niels Bohr'un elektronların atom çekirdeği etrafında sadece enerji düzeyi denen bölgelerde daireler çizerek döndüğünü ileri sürmesiyle ortaya çıktı. Elektronlar, kuantum adı verilen bir enerji paketini emerek veya yayarak, bir seviyeden diğerine atlarlar veya inerler. Parçacıklar herhangi bir seviyede bulunabilir, ancak asla iki seviyenin arasında olamazlar. Bu düşünceye göre, kuantum sıçramaları anlık ve rastgele gerçekleşir.

Dan Bishop

Diğer fizikçilerse, bir parçacığın beklenmedik şekilde zıpladığı fikrini reddetmişlerdi. Minev şöyle diyor:

(Elektron) ortada hiç bulunmadan nasıl geçiş yapabilir?

"Aradaki boşluğu atlamaya" yönelik bu gizemi araştırmak için Minev ve arkadaşları, bir kuantum sıçraması dahil olmak üzere elektron davranışlarını etkili bir şekilde taklit edebilen ''yapay atom'' düzeneğini kullandılar.

Kuantum durumları doğrudan ölçüldüğünde değişir, bu nedenle Minev ve ekibi temsili bir diğer durumu gözlediler: Sistem durumu ve enerji seviyeleri değiştikçe yansıyan veya emilen foton seviyesini... Mikrosaniye ölçeğinde veri topladılar ve analiz ettiler. Bu da daha uzun zaman aralıklarında görünmeyen davranışların aranmasına izin verdi. Yale'de fizikçi ve kıdemli yazar Michel Devoret bunu, filmi ağır çekimde izlemeye benzetiyor.

Sinemada olduğu gibi, yüksek hızda göremediğiniz şeyleri bu hızda görebilirsiniz.

Böylesine hassas ölçeklerde incelendiğinde kuantum sıçraması, ani bir sarsıntı gibi değil, bir enerji durumundan diğerine daha düzgün, daha sürekli bir geçiş olarak gözlendi. Araştırmacılar ayrıca, sistemin bir sıçramadan önce hemen göze çarpmayan bir sinyal gönderdiğini ve dikkatle ayarlanmış bir ışık darbesiyle, devam etmekte olan atlamaları tersine çevirebileceğini belirtti. Minev, kuantum durumlarını bu şekilde değiştirmenin, kuantum bilgisayarları için kuantum bilgisayarları için hata düzeltmede faydalı olabileceğini söylüyor.

Deney, bir kuantum sıçraması sırasında parçacığın bir anda iki durumda var olduğunu doğruluyor. Minev, sözlerini şöyle bitiriyor:

Tam da kuantumdan beklediğimiz gibi: Bohr hem haklıydı, hem de haksız...