Ученые открыли совершенно новый способ измерения времени

01.11.2022
108
0
0.0
Отмечать ход времени в мире тикающих часов и качающихся маятников — это простой случай подсчета секунд между «тогда» и «сейчас». Однако на квантовом уровне «тогда» не всегда можно предвидеть.

Что еще хуже, «сейчас» часто растворяется в тумане неопределенности. Секундомер просто не подойдет для некоторых сценариев. По мнению исследователей из Упсальского университета в Швеции, потенциальное решение может быть найдено в самой форме самого квантового тумана.

Работа ученых была опубликована в Physical Review Research.

Их эксперименты над волновой природой того, что называется состоянием Ридберга, открыли новый способ измерения времени, не требующий точной отправной точки. Атомы Ридберга — атомы, напоминающие воздушные шары, надутые энергией лазера вместо воздуха. Они содержат электроны в чрезвычайно высоких энергетических состояниях, которые вращаются далеко от ядра.

Традиционный подход к измерению времени основан на сравнении количества единиц времени, которые прошли между двумя заданными моментами. Но на квантовом уровне определить отправную точку измерить сложно, не подойдет даже чрезвычайно точный секундомер.

Движение ридберговских атомов напоминает не скольжение бусин по счетам, а игру в рулетку, когда шарик подпрыгивает и катится. Совокупность таких движений называется волновым пакетом Ридберга.

Наподобие волн в пруду, несколько таких «пакетов» образуют уникальный узор ряби. Присутствие нескольких ритберговских пакетов в одном и том же «атомном пруду» приведет к тому, что каждый из уникальных паттернов представляет собой определенное время, которое необходимо для того, чтобы эти волновые пакеты эволюционировали в соответствии друг с другом.

Приведение атомов в ридберговские состояния — удобный прием для инженеров, не в последнюю очередь, когда речь идет о разработке новых компонентов для квантовых компьютеров. Физики накопили значительный объем информации о том, как движутся электроны, когда их переводят в ридберговское состояние.

Их исследования включали измерение результатов возбуждения атомов гелия лазером и сопоставление их результатов с теоретическими предсказаниями, чтобы показать, как их характерные результаты могут оставаться неизменными в течение определенного периода времени.

«Если вы используете счетчик, то вы должны определить ноль. Вы начинаете считать в какой-то момент. При этом,  преимущество этого заключается в том, что вам не нужно запускать часы — вы просто смотрите на интерференционную структуру и говорите: «Хорошо, прошло 4 наносекунды», — объяснила физик Марта Берхольц из Университета Упсалы в Швеции, возглавлявшая команду.


Выискивая сигнатуры интерферирующих ридберговских состояний среди образца атомов зонда-накачки, техники могли наблюдать временную метку для событий столь же мимолетных, как всего 1,7 триллионных доли секунды.

Будущие эксперименты с квантовыми часами могут заменить гелий другими атомами или даже использовать лазерные импульсы различной энергии, чтобы расширить справочник временных меток, чтобы соответствовать более широкому диапазону условий.
Аватар enr091 Наталия Ришко
Журналист/Midgardinfo



Комментарии (0)
avatar