Pesquisadores da Yale University e da University of Auckland foram capazes de registrar e prevenir saltos quânticos de elétrons em um sistema de três níveis. Os resultados do experimento foram publicados na revista Nature.
“Os saltos quânticos de um elétron são semelhantes a uma erupção vulcânica. No entanto, aprendemos a rastrear e prevenir uma catástrofe”, disse o autor principal do artigo, Zlatko Minev, funcionário da Universidade de Yale.
O modelo de Bohr do átomo, que nasceu em 1913, diz que os elétrons estão localizados ao redor do núcleo atômico em certos estados estacionários - em orbitais. Um elétron específico pode passar de um estado para outro, mas uma transição quântica ocorre instantaneamente e com uma mudança na energia do sistema. Então, ao saltar para um orbital energeticamente mais alto, a energia é absorvida e, para um mais baixo, ela é emitida. Por muito tempo, os cientistas estavam confiantes de que os saltos quânticos diferem das transições clássicas graduais na ausência de uma trajetória entre dois estados.
Para entender melhor esse fenômeno, foi introduzido um experimento mental, denominado "gato de Schrödinger". Um certo gato está trancado em uma câmara com uma máquina que é acionada pela decomposição de um átomo radioativo. Um átomo pode ou não se desintegrar com igual probabilidade. No entanto, se a desintegração ocorrer, o dispositivo lançará vapores de ácido prússico na câmara, o que matará o gato. Até que alguém olhe dentro da caixa, o gato é uma superposição (combinação) dos estados "vivo" e "morto". De acordo com essa visão, o salto quântico é discreto sob o olhar de um observador.
Na década de 1980, surgiu a teoria científica das trajetórias quânticas. Segundo ela, durante o salto, o estado do sistema evolui continuamente e o salto é sempre precedido por um período de latência, durante o qual pode ser previsto e evitado.
A última propriedade hipotética do sistema foi usada pelos físicos para um sistema de três níveis de um átomo artificial supercondutor (qubit) com uma estrutura em forma de V de níveis de energia, resfriado a uma temperatura de zero absoluto (-273 ° C). A transição de um elétron do estado fundamental para o estado excitado foi registrada pelos cientistas observando a mudança na frequência ressonante do circuito oscilatório conectado. A frequência ressonante caiu drasticamente quando o átomo saltou para um estado auxiliar intermediário. O momento de transição para um estado excitado foi registrado congelando a evolução do sistema e medindo o estado por meio de tomografia. Por fim, a transição foi evitada pelo registro da ausência de fótons detectores, que a cada vez precederam o salto quântico para um estado excitado.
Os pesquisadores mostraram que, em tempos intermediários, o estado do átomo mudava continuamente: a evolução de cada salto realizado era contínua, sequencial e determinística. O experimento é consistente com as previsões da teoria das trajetórias quânticas.
