Fyzici práve zamotali pár atómových hodín šesť stôp od seba

Zapletenie atómov do hodín zvyšuje ich presnosť. (Willem Douven/EyeEm/Getty Images)

Len málo vecí vo vesmíre udržuje rytmus tak spoľahlivo ako pulz atómu.

Napriek tomu aj tie najpokročilejšie „atómové“ hodiny založené na variáciách týchto kvantových časomierov strácajú počet, keď sa dostanú na svoje limity.

Fyzici majú už nejaký čas známy že zapletenie atómov môže pomôcť priviazať častice natoľko, aby z každého kusu vytlačili trochu viac kliešťa, no väčšina experimentov to dokázala preukázať len na najmenšom stupni.



Tím vedcov z Oxfordskej univerzity vo Veľkej Británii posunul túto hranicu na vzdialenosť dvoch metrov (asi šesť stôp), čo dokazuje, že matematika naďalej platí na väčších priestoroch.

Nielenže by to mohlo zlepšiť celkovú presnosť optických atómových hodín, ale umožňuje to úroveň porovnania časovania viacerých hodín v zlomku sekundy do takej miery, ktorá by mohla odhaliť predtým nezistiteľné signály v rade fyzikálnych javov.

Ako už názov napovedá, optické atómové hodiny využívajú svetlo na snímanie pohybu atómov na udržanie času.

Ako dieťa na hojdačke, zložky atómov švihajú tam a späť pod konzistentným súborom obmedzení. Na uvedenie hojdačky do pohybu stačí spoľahlivý kopanec, napríklad fotón z lasera.

V priebehu rokov boli testované rôzne techniky a materiály, aby sa technológia posunula do tej miery rozdiely v ich frekvenciách sa sotva sčítavajú na sekundovú chybu počas 13-nepárnych miliárd rokov vesmíru – úroveň presnosti, ktorá znamená, že možno budeme musieť prehodnotiť spôsob, akým meriame samotný čas .

Akokoľvek je táto technológia vyladená, prichádza bod, keď sa samotné pravidlá udržiavania času stanú trochu nejasnými vďaka neistotám kvantovej krajiny, ktorá prináša množstvo situácií s 22 úlovkami.

Napríklad vyššie frekvencie svetla môžu zlepšiť presnosť, ale prichádzajú za cenu malých neistôt medzi kopnutím fotónu a reakciou atómu, ktoré sa stávajú dôležitejšími.

Tie sa zase dajú vyžehliť viacnásobným čítaním atómu, čo je riešenie, ktoré nie je bez problémov.

Ideálne by bolo „jednorazové“ čítanie so správnym druhom laserového pulzu. Fyzici vedia, že neistotu tohto prístupu možno zlepšiť, ak sa meraný atóm už zaplietol s iným.

Zapletenie je zároveň intuitívny a bizarný koncept. Podľa kvantovej mechaniky nemožno povedať, že objekty majú hodnotu alebo stav, kým nie sú pozorované.

Ak sú už súčasťou väčšieho systému – možno prostredníctvom výmeny fotónov s inými atómami – všetky časti systému budú predurčené na dosiahnutie relatívne predvídateľného výsledku.

Je to ako hodiť dve mince z tej istej peňaženky s vedomím, že ak jedna vyletí hlavou, druhá vyletí hore, aj keď sa točí vo vzduchu.

Dve 'mince' boli v tomto prípade pár iónov stroncia, zapletených s fotónom, ktorý bol zoslaný po krátkej dĺžke optického vlákna.

Samotný test nepriniesol žiadnu revolučnú úroveň presnosti v optických atómových hodinách, hoci to nebolo zamýšľané.

Namiesto toho tím ukázal, že zapletením nabitých atómov stroncia by mohli znížiť neistotu merania za podmienok, ktoré by im mali v budúcnosti umožniť zlepšiť presnosť.

Poznanie makroskopických vzdialeností niekoľkých metrov nepredstavuje žiadnu výzvu, teraz je teoreticky možné zamotať optické atómové hodiny po celom svete, aby sa zlepšila ich presnosť.

„Aj keď je náš výsledok do značnej miery dôkazom princípu a absolútna presnosť, ktorú dosahujeme, je niekoľko rádov pod úrovňou súčasného stavu techniky, dúfame, že tu uvedené techniky by mohli niekedy zlepšiť najmodernejšie systémy, ' hovorí fyzik Raghavendra Srinivas.

'V určitom bode bude potrebné zapletenie, pretože poskytuje cestu k maximálnej presnosti, ktorú umožňuje kvantová teória.'

Vytlačiť trochu viac dôvery z každého tikotu atómových hodín by mohlo byť presne to, čo potrebujeme na meranie malých rozdielov v čase produkovaných masami na najmenšiu vzdialenosť, nástroj, ktorý by mohol viesť k kvantové teórie gravitácie .

Dokonca aj mimo výskumu by použitie zapletenia na zníženie neistoty v kvantových meraniach mohlo mať uplatnenie v čomkoľvek kvantové výpočty do šifrovanie a komunikácia .

Tento výskum bol publikovaný v r Príroda .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.