Физики только что запутали пару атомных часов в шести футах друг от друга

Немногие вещи во Вселенной сохраняют ритм так же надежно, как пульс атома.

Тем не менее, даже самые совершенные «атомные» часы, основанные на вариациях этих квантовых хронометров, теряют счет, когда их доводят до предела.

Физикам уже давно известно, что запутывание атомов может помочь связать частицы настолько, что из каждого такта будет выжиматься чуть больше тиков, но большинство экспериментов смогли продемонстрировать это только в самом маленьком масштабе.

Группа исследователей из Оксфордского университета в Великобритании расширила этот предел до двух метров (около шести футов), доказав, что математические расчеты по-прежнему верны на больших пространствах.

Это не только могло бы улучшить общую точность оптических атомных часов, но и позволило бы сравнить время нескольких часов с точностью до доли секунды до такой степени, что могло бы выявить ранее не обнаруживаемые сигналы в ряде физических явлений.

Как следует из названия, оптические атомные часы используют свет для исследования движений томов, чтобы следить за временем.

Как ребенок на качелях, компоненты атомов качаются туда-сюда под постоянным набором ограничений. Все, что нужно, — это надежный толчок, такой как фотон из лазера, чтобы привести качели в движение.

На протяжении многих лет были протестированы различные методы и материалы, чтобы продвинуть технологию до такой степени, что различия в их частоты едва ли составляют погрешность в секунду за 13 с лишним миллиардов лет Вселенной — уровень точности, который означает, что нам, возможно, придется переосмыслить сам способ измерения самого времени.

Как хорошо Как бы ни была настроена эта технология, наступает момент, когда сами правила хронометража становятся немного расплывчатыми из-за неопределенностей квантового ландшафта, которые создают множество ситуаций «уловка-22».

Например, более высокие частоты света могут повысить точность, но это происходит за счет небольших неопределенностей между выбросом фотона и реакцией атома, которые становятся более важными.

Это, в свою очередь, можно сгладить, считывая атом несколько раз, решение не без проблем.

Одна шо Идеальным было бы чтение с правильным типом лазерного импульса. Физики знают, что неопределенность этого подхода может быть уменьшена, если судьба измеряемого атома уже связана с другим атомом.

Запутанность — это одновременно интуитивная и странная концепция. Согласно квантовой механике, нельзя сказать, что объекты имеют значение или состояние, пока их не наблюдают.

Если они уже являются частью большей системы, возможно, посредством обмена фотонами с другими атомами. – всем частям системы суждено дать относительно предсказуемый результат.

Это все равно, что подбросить две монеты из одного кошелька, зная, что если одна выпадет решкой, другая выпадет решкой, даже когда она вращается. воздух.

Две «монеты» в данном случае представляли собой пару ионов стронция, запутавшихся в фотоне, посланном по короткому оптическому волокну.

Сам тест не обеспечил революционного уровня точности в оптических атомных часах, хотя это и не предполагалось.

Вместо этого команда показала, что, запутав заряженные атомы стронция, они могут уменьшить неопределенность измерения при условия, которые должны позволить им повысить точность в будущем.

Знание макроскопических расстояний в несколько метров не представляет сложности, теперь это тео Реально возможно запутать оптические атомные часы по всему миру, чтобы повысить их точность.

«Хотя наш результат в значительной степени является доказательством принципа, а абсолютная точность, которую мы достигаем, на несколько порядков ниже мы надеемся, что показанные здесь методы когда-нибудь смогут улучшить современные системы», — говорит физик Рагхавендра Шринивас.

«В какой-то момент потребуется запутывание, поскольку оно обеспечивает путь к предельная точность, допускаемая квантовой теорией».

Выжать немного больше уверенности из каждого тиканья атомных часов может быть как раз то, что нам нужно для измерения крошечных различий во времени, вызванных массами в течение наименьшего из расстояния, инструмент, который может привести к квантовым теориям гравитации.

Даже вне исследований использование запутанности для уменьшения неопределенности в квантовых измерениях может найти применение во всем, от квантовых вычислений до шифрования и связи.

Это исследование было опубликовано в журнале Nature.