1 мин чтения

Мало что во Вселенной сохраняет ритм так надежно, как пульс атома.

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

Физики уже давно знают, что запутанные атомы могут помочь связать частицы настолько, чтобы выжать немного больше такта из каждого такта, однако большинство экспериментов смогли продемонстрировать это только в мельчайших масштабах.

Группа исследователей из Оксфордского университета в Великобритании расширила этот предел до двух метров, доказав, что математика по-прежнему верна для больших пространств.

Это может не только повысить общую точность оптических атомных часов, но и обеспечить уровень сравнения в доли секунды синхронизации нескольких часов до такой степени, что может выявить ранее не обнаруживаемые сигналы в ряде физических явлений.

Как следует из названия, оптические атомные часы используют свет для измерения движения атомов, чтобы отслеживать время.

Как ребенок на качелях, компоненты атомов качаются взад-вперед под действием постоянного набора ограничений. Все, что нужно, это надежный толчок, например фотон лазера, чтобы привести качели в движение.

Различные методы и материалы были протестированы на протяжении многих лет, чтобы продвинуть технологию до такой степени, что различия в их частотах едва ли составляют ошибку в секунду за 13 с лишним миллиардов лет существования Вселенной – уровень точности, который означает, что нам, возможно, придется переосмыслить сам способ измерения времени сам по себе.

Как бы ни была отлажена эта технология, наступает момент, когда сами правила учета времени становятся немного расплывчатыми из-за неопределенности квантового ландшафта, которые приводят к множеству ситуаций типа «уловка-22».

Например, более высокие частоты света могут повысить точность, но это происходит за счет того, что небольшая неопределенность между импульсом фотона и реакцией атома становится все более важной.

Они, в свою очередь, могут быть устранены путем многократного считывания атома, что не лишено собственных проблем.

Идеальным было бы показание «единичного выстрела» с правильным типом лазерного импульса. Физики знают, что неопределенность этого подхода может быть снижена, если судьба измеряемого атома уже связана с другим атомом.

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

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

Это все равно, что подбрасывать две монеты из одного кошелька, зная, что если одна выпадет орлом, то другая выпадет решкой, даже когда она вращается в воздухе.

Две “монеты” в данном случае представляли собой пару ионов стронция, запутавшихся с фотоном, который был передан по короткому отрезку оптического волокна.

Сам по себе тест не привел к каким-либо революционным уровням точности в оптических атомных часах, хотя это и не предполагалось.

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

Знание макроскопических расстояний в несколько метров не представляет никакой проблемы, теперь теоретически возможно перепутать оптические атомные часы по всему миру, чтобы повысить их точность.

“Хотя наш результат в значительной степени является доказательством принципа, а абсолютная точность, которой мы достигаем, на несколько порядков ниже уровня техники, мы надеемся, что методы, показанные здесь, могут когда-нибудь улучшить современные системы”, – говорит физик Рагхавендра Шринивас.

«В какой-то момент запутанность потребуется, поскольку она обеспечивает путь к предельной точности, допускаемой квантовой теорией».

Выжать немного больше уверенности из каждого тиканья атомных часов – это как раз то, что нам нужно для измерения крошечных различий во времени, создаваемых массами на наименьших расстояниях, инструмент, который может привести к квантовым теориям гравитации.

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

Источник новости Nature

Поделитесь новостью
0 0 голоса
Рейтинг статьи
Подписаться
Уведомить о
guest
0 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
Предыдущий пост ВМС США не Будут Публиковать Видео с НЛО
Следующий пост Ученые Выяснили как Земля Могла бы Стать Еще Более Пригодной для Жизни
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x