Sind Quantensprünge vorhersagbar?

Der Quantensprung – umgangssprachlich eigentlich jedem bekannt als ein plötzlicher, bedeutender Fortschritt, hat „auch“ eine wissenschaftliche Bedeutung (auf der die Umgangssprachliche basiert), in der Quantenmechanik bezeichnet man es nämlich als Quantensprung, wenn ein Elektron innerhalb eines Atoms von einem Energiezustand in einen anderen übergeht, und zwar ohne Zwischenschritte.

Wissenschaftlich nicht ganz korrekt, aber anschaulicher:
In dem, den meisten bekannten, bohr’schen Atommodell werden die Elektronen so dargestellt wie Monde, die einen Planeten (den Atomkern) umkreisen. Das Elektron „springt“ bei einem Quantensprung nun von einer „Umlaufbahn“ auf eine andere, ohne aber jemals den Raum dazwischen zu durchqueren, es „springt“ eben einfach sofort in die andere „Umlaufbahn“.

Wann genau ein solcher Quantensprung stattfindet ist zufällig und kann nicht im Voraus berechnet werden, doch wie US-Wissenschaftler nun herausfanden könnte es durchaus möglich sein schon kurz vorher zu erkennen wenn ein Quantensprung bevorsteht und diesen ggf sogar zu verhindern. Wie Zlatko Minev von der Yale Universität und seine Kollegen nun in einem Experiment herausfanden lässt sich bei einem bevorstehenden Quantensprung nämlich eine „Photonen-Stille“ erkennen, welche den Quantensprung sozusagen ankündigt. Die Forscher kreierten dafür einen supraleitenden elektrischen Schaltkreis, welcher das Quantenverhalten eines Atoms mit genau 3 Energieleveln nachstellte, einem hellen Level, einem dunklen und dem Grundlevel.

Durch die Bestrahlung mit Mikrowellen führte man diesem künstlichen Atom nun Energie zu, was dazu führte, dass es meist schnell zwischen dem hellen und dem Grundlevel hin und her sprang und dabei immer ein Photon emittierte wenn es vom hellen zum Grundlevel wechselte. Wenn aber gelegentlich ein Photon mit höherer Energie absorbiert wurde, so sprang das System in den dunklen Zustand, welcher stabiler als der helle war und wobei für einige Zeit kein Photon emittiert wurde. Durch diese, auf einen „Lichtblitz“ folgende, stille Phase, konnten die Forscher nun vorhersagen wenn ein Quantensprung kurz bevor stand, sie verglichen das Ganze mit der Vorhersage von Vulkanausbrüchen, welche zwar grundsätzlich nicht vorhersehbar sind, aber wenn ein Vulkan kurz vor einem tatsächlichen Ausbruch steht, dennoch deutliche Signale zu erkennen sind, die diesen ankündigen. Zusätzlich zu der Vorhersage gelang es den Forschern sogar einen bevorstehenden Quantensprung, sobald sich dieser andeutete, durch einen elektrischen Impuls zu verhindern.

Das Experiment wurde, wie gesagt, mit einem System durchgeführt, das ein „Quantenverhalten“ nachstellen soll, falls die Ergebnisse sich aber auch auf echte Quantenvorgänge anwenden lassen, so könnte dies unter anderem einen Fortschritt in der Entwicklung von Quantencomputern ermöglichen, da man ggf Fehler schon im voraus herausfiltern oder sogar gleich verhindern könnte (aktuell wird ein Großteil der Rechenleistung noch für die Fehlerkorrektur benötigt).

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