在我們這個由滴答作響的時鐘和擺動的鐘擺組成的世界中，確定時間的流逝是一個簡單的例子，即計算“當時”和“現在”之間的秒數。
然而，在嗡嗡作響的電子的量子尺度下，“然後”並不總是可以預見的。更糟糕的是，“現在”常常變得模糊不清。秒錶根本不適用於某些情況。
根據瑞典烏普薩拉大學研究人員 2022 年的一項研究，可以在量子霧本身的形狀中找到潛在的解決方案。
他們對里德伯態的波狀性質進行的實驗揭示了一種不需要精確起點的測量時間的新方法。
里德伯原子是粒子王國中過度膨脹的氣球。這些原子被激光而不是空氣所膨脹，含有處於極高能態的電子，其軌道遠離原子核。
當然，並不是每個激光器泵浦都需要將原子膨脹到卡通比例。事實上，激光通常用於將電子激發到更高的能量狀態，以用於多種用途。
在某些應用中，可以使用第二個激光來監測電子位置的變化，包括時間的流逝。這些 '泵浦探針例如，技術可用於測量某些超快電子設備的速度。
誘導原子進入里德伯態是，尤其是在設計方面為了。不用說，物理學家已經積累了大量關於電子在被推入里德伯態時的運動方式的信息。
然而，作為量子動物，它們的動作不像在小算盤上滑動的珠子，而更像輪盤賭桌上的夜晚，球的每一次滾動和跳躍都被壓縮成一場機會遊戲。
這種里德伯電子輪盤賭的瘋狂遊戲背後的數學規則書被稱為里德伯波包。
就像實際的波浪一樣，在空間中蕩漾多個里德伯波包會產生干擾，從而產生獨特的波紋圖案。
將足夠多的里德伯波包扔進同一個原子池中，這些獨特的模式將分別代表波包彼此演化所需的不同時間。
這組實驗背後的物理學家開始測試的正是這些時間“指紋”，表明它們足夠一致和可靠，可以作為量子時間戳的一種形式。
他們的研究涉及測量激光激發氦原子的結果，並將他們的發現與理論預測相匹配，以展示他們的標誌性結果如何在一段時間內保持不變。
“如果你使用計數器，你必須定義零。你在某個時刻開始計數，”領導該團隊的瑞典烏普薩拉大學物理學家 Marta Berholts 解釋道。新科學家2022年。
“這樣做的好處是你不必啟動時鐘——你只需查看干涉結構並說‘好吧，已經過去了 4 納秒。’”
不斷發展的里德伯波包指南可以與其他形式的泵浦探針光譜學結合使用，這些泵浦探針光譜學可以測量微小尺度的事件，但有時不太清楚，或者根本不方便測量。
重要的是，沒有一個指紋需要當時和現在作為時間的起點和終點。這就像衡量一位不知名的短跑運動員與許多以設定速度跑步的競爭對手的比賽一樣。
通過在泵浦探測原子樣本中尋找干擾里德伯態的特徵，技術人員可以觀察到僅 1.7 萬億分之一秒轉瞬即逝的事件的時間戳。
未來的量子手錶實驗可以用其他原子代替氦，甚至使用不同能量的激光脈衝，以擴大時間戳指南以適應更廣泛的條件。
這項研究發表於物理評論研究。
本文的早期版本於 2022 年 10 月發布。
