物理学家制作了一个疯狂的精密时钟,可以通过纠缠来保持时间

2020-12-20 07:37:59

没有什么能像跳动一个原子的心脏那样浪费时间了。但是,即使是振动核的清晰滴答声,也受到量子力学定律所施加的不确定性的限制。

几年前,麻省理工学院和塞尔维亚贝尔格莱德大学的研究人员提出,量子纠缠可以将时钟推到这个模糊的边界之外。

现在,我们有了实验形式的概念证明。物理学家将a 171原子云与从周围镜子反射的光子流连接在一起,并测量了它们微小摆动的时间。

他们的结果表明,以这种方式纠缠原子可以加快原子核钟的计时过程,使其比以往任何时候都更精确。原则上,基于这种新方法的时钟自从时间之初就只会损失100毫秒。

与其他基于铯和th原子核的尖端时钟类似,这种设置中的时间在吸收特定能量的光后,会被by核的振荡所除。

由于可以使core的芯以比铯原子的核快十万倍的速率嗡嗡作响,因此它提供了更为精确的计时机制。

但是有一点说量子物理学说不可能确切地说出原子振荡的开始和停止位置。这个标准量子极限(SQL)就像原子钟摆上的模糊一样。您可能有一个更快的滴答时钟,但是,即使您无法测量它,它有什么用呢?

如果没有克服这种障碍的方法,我们将一组原子核换成更精确的类型并没有什么关系,它们的量子混乱度对原子钟的精度设置了严格的限制。

一种技巧是记录在一个由数百个微小原子钟组成的晶格中一次嗡嗡嗡嗡的多个原子的频率。当前的原子钟技术使用经设计尽可能稳定的激光器,为每个原子提供极为相似的光频率。通过结合他们的集体模糊,个体不确定性可以平均。

这种新方法在此平均过程中更进一步。通过以纠缠其自旋的量子概率的方式将原子连接在一起,可以重新分配系统中的不确定性,从而在某些部分以其他部分为代价提高了精度。

就像光充当了原子之间的沟通纽带,麻省理工学院的物理学家迟树说。

"看到此光的第一个原子将对光进行轻微的修改,并且该光还将对第二个原子和第三个原子进行修改,并且在许多循环中,这些原子相互了解并开始具有相似的行为。 ;

无论使用哪种方法,您听的时间越长,最终结果将越精确。在这种情况下,团队发现纠缠使测量过程比起SQL时钟要快三倍。

这似乎并不那么引人注目,但提速可能只是我们研究宇宙按时具有的一些更微妙的影响而已。

"随着年龄的增长,光速会发生变化吗? 电子的电荷会变化吗?" 麻省理工学院的首席研究员弗拉丹·弗莱蒂奇(Vladan Vuletic)说。 它甚至可以让我们找到广义相对论的分崩离析,指向新的物理学,它将定义的时空曲率与量子场的不确定性联系起来。 或者让我们更好地测量暗物质的精细时间扭曲特征。 站在物理学和天文学的新时代的边缘,我们真的需要时间在我们这边。