» » Квантово-запутанные атомные часы показывают очень точное время

Квантово-запутанные атомные часы показывают очень точное время

Квантово-запутанные атомные часы показывают очень точное время
В новой конструкции атомных часов используются лазеры для улавливания и измерения колебаний квантово-запутанных атомов для более точного измерения времени. ©MIT

Атомные часы – самые точные измерители времени, которые у нас есть сегодня, а лучшие из них показывают время с погрешностью до одной секунды за 15 миллиардов лет. Но всегда есть место для улучшений, что исследователи из Массачусетского технологического института продемонстрировали с помощью новых квантово-запутанных атомных часов.

Атомы вибрируют настолько точно, что вы можете настроить на них свои часы – именно это и делают атомные часы. В этих часах используются лазеры для измерения колебаний, и получаемое время достаточно точное, чтобы соответствовать национальным и международным стандартам. Атом цезия-133, например, колеблется ровно 9 192 631 770 раз в секунду, и он настолько стабилен, что этот образец официально определяет секунду с 1968 года.

Теперь команда физиков Массачусетского технологического института разработала новый тип атомных часов, которые могут еще больше расширить границы точности. В идеале отслеживание колебаний отдельного атома должно наиболее точно измерять время, но, к сожалению, случайные квантовые флуктуации могут испортить измерения. Это известно как стандартный квантовый предел.

Таким образом, квантовые часы обычно отслеживают газ, состоящий из тысяч атомов одного и того же типа – традиционно цезий, хотя иттербий в последние годы становится новым лидером. Эти атомы охлаждаются почти до абсолютного нуля, затем удерживаются на месте с помощью лазеров, пока другой лазер измеряет их колебания. Взяв среднее значение для многих атомов, можно получить более точный ответ.

К сожалению, эффекты стандартного квантового предела можно уменьшить, но полностью устранить нельзя. Новые атомные часы, разработанные командой Массачусетского технологического института, еще больше уменьшают предел благодаря квантовой запутанности.

Это кажется невозможным, но в некоторых случаях атомы могут быть настолько переплетены, что измерение состояния одного из них может мгновенно изменить состояние его партнера – независимо от того, насколько далеко они друг от друга находятся. Это известно как квантовая запутанность, и новые часы используют это явление для более точного измерения времени.

Исследователи начали с примерно 350 атомов иттербия-171, который колеблется даже быстрее, чем цезий. Эти атомы попадают в оптическую полость между двумя зеркалами, затем в полость направляют лазер, чтобы квантово запутать атомы.

«Как будто свет служит связующим звеном между атомами», – говорит Чи Шу, соавтор исследования. «Первый атом, который видит этот свет, немного изменит его, и этот свет также изменит второй атом и третий атом, и через множество циклов атомы все вместе узнают друг друга и начинают вести себя одинаково».

Как только атомы запутываются, через облако просвечивается второй лазер, чтобы измерить их среднюю частоту. Ученые обнаружили, что этот метод создал часы, которые могут достигать определенной точности в четыре раза быстрее, чем аналогичные часы, использующие незапутанные атомы.

Исследователи говорят, что новый метод может сделать атомные часы настолько точными, что даже через 15 млрд. лет они все равно будут рассинхронизированы менее чем на 100 миллисекунд. Кроме того, они могут помочь ученым исследовать некоторые из самых серьезных головоломок в физике, такие как темная материя, гравитационные волны и то, меняются ли правила физики со временем.

«По мере того как Вселенная стареет, меняется ли скорость света?», – задает вопрос Владан Вулетич, соавтор исследования. «Изменится ли заряд электрона? Это то, что вы можете изучать с помощью более точных атомных часов».

Исследование было опубликовано в журнале Nature.

20 декабрь 2020 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Новый микроскоп использует “жуткое действие на расстоянии”

В стандартном рентгеновском микроскопе один пучок фотонов проходит через образец и собирается детектором на другой стороне

Ученые продемонстрировали сверхпроводник, который ранее считался невозможным

Сверхпроводимость - это явление, при котором электрическая цепь теряет сопротивление и становится чрезвычайно эффективной при определенных условиях

Физики впервые наблюдали взаимодействие "кристаллов времени"

Ученые из Великобритании, Финляндии и России впервые в истории стали свидетелями взаимодействия между собой двух временных кристаллов, представляющих новую фазу материи.

Физики квантово запутали 15 триллионов атомов в горячем газе

Учёные сломали стереотип, что квантовая запутанность — невероятно хрупкое состояние, которое требует сверхнизких температур и изоляции одиночных атомов.

Вселенная расширяется медленнее, чем считалось

Астрономы сделали новое измерение того, как быстро расширяется Вселенная, используя светимость красных гигантов. Новое значение на 6% меньше, чем полученное ранее....
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Самый большой клад золотых монет в Великобритании«Оргонный накопитель» Вильгельма РайхаТайны космоса: вселенская панспермия?Насыпь в крепостьРечь и орудийная деятельность контролируются единым центром в базальных ядрахУникальные каменные орудия из Денисовой пещеры были изготовлены древнейшими денисовцамиКарантинный бунт в Севастополе в 1830 г.Грабитель гробниц на деле оказался жертвой