Атомные часы отсчитывают время, измеряя модели вибрации атомов, которые невероятно стабильны и предсказуемы, пишет New Atlas. Например, атом цезия-133 будет колебаться ровно 9 192 631 770 раз в секунду, и это число используется для определения национальных и международных стандартов хронометража с 1967 года.
Но всегда есть место для улучшения. Оптические атомные часы, использующие видимый свет и такие атомы, как иттербий, потенциально могут превзойти цезиевые атомные часы, и теперь оксфордские физики продемонстрировали, как сделать их еще более точными. Для этого необходимо задействовать непростое явление, называемое квантовой запутанностью.
В случае квантовой запутанности частицы могут настолько переплестись друг с другом, что изменение одной из них мгновенно повлияет на ее партнера, независимо от того, насколько далеко они могут быть друг от друга. Теоретически две частицы могут находиться на противоположных сторонах Вселенной, при этом они все равно будут мгновенно воздействовать друг на друга. Эта идея, пишет источник, нервировала самого Эйнштейна, но экспериментально подтверждалась десятилетиями.
Как создали сеть квантово-запутанных атомных часов
Физики Массачусетского технологического института ранее использовали квантовую запутанность, чтобы повысить точность атомных часов, запутав облако атомов в одном устройстве. Оксфордская команда пошла дальше, запутав несколько отдельно расположенных атомных часов.
В каждой установке был один ион стронция. Ученые направили на него лазерный луч, разделенный на несколько частей. «Удар» луча по иону стронция создал квантовую запутанную связь между ионами, несмотря на тот факт, что они находились на расстоянии 2 м друг от друга.
Конечным результатом эксперимента стала первая квантовая сеть запутанных атомных часов. По словам ученых, такие сети могут превзойти стандартный квантовый предел (SQL), а их точность будет приближаться к пределу Гейзенберга — жесткой границе, установленной самими законами квантовой физики. Однако это все еще недостижимо для конкретной используемой установки, которая была разработана для экспериментов, связанных с квантовыми вычислениями.
В будущем специализированную сеть квантово-запутанных атомных часов планируют использовать во время исследований основных физических загадок, таких как фундаментальные константы и темная материя.