宇宙中很少有东西能像原子脉冲那样可靠地保持节拍。
然而,即使是基于这些量子计时器变体的最先进的“原子”钟,当达到极限时也会失去计数。
物理学家有已知有一段时间纠缠的原子可以帮助将粒子束缚在一起,足以从每只蜱虫中挤出更多的蜱虫,但大多数实验只能在最小的尺度上证明这一点。
英国牛津大学的一组研究人员已将该距离限制推至两米(约六英尺),证明数学在更大的空间中仍然成立。
这不仅可以提高光学原子钟的整体精度,还可以对多个时钟的瞬间计时进行一定程度的比较,从而可以揭示一系列物理现象中以前无法检测到的信号。
顾名思义,光学原子钟利用光探测原子的运动来计时。
就像荡秋千的孩子一样,原子的组成部分在一组一致的约束下来回摆动。 所需要的只是一个可靠的踢腿,例如来自激光的光子,来启动摆动。
多年来,我们对各种技术和材料进行了测试,以将技术进步到宇宙 13 亿年中的一秒误差? 一定程度的精度意味着我们可能需要。
尽管这项技术恰好经过了微调,但由于量子领域的不确定性引入了一系列“第 22 条军规”的情况,计时规则本身会变得有点模糊。
例如,更高频率的光可以提高精度,但代价是光子的冲击和原子响应之间的微小不确定性变得更加重要。
反过来,这些问题可以通过多次读取原子来解决,这种解决方案本身也存在问题。
使用正确类型的激光脉冲进行“单次”读数将是理想的选择。 物理学家知道,如果被测量的原子已经与另一个原子纠缠在一起,那么这种方法的不确定性可以得到改善。
这是一个直观而又奇怪的概念。 根据量子力学,物体在被观察之前不能说具有值或状态。
如果它们已经是更大系统的一部分? 也许通过与其他原子交换光子? 系统的所有部分都注定会提供相对可预测的结果。
这就像从同一个钱包里翻转两枚硬币,即使在空中旋转,也知道一枚硬币正面朝上,另一枚反面朝上。
在这种情况下,两个“硬币”是一对锶离子,与沿着短光纤发送的光子纠缠在一起。
该测试本身并没有使光学原子钟的精度达到任何革命性的水平,尽管它并不是有意的。
相反,该团队表明,通过纠缠锶的带电原子,他们可以减少测量的不确定性,从而在未来提高精度。
了解几米的宏观距离并不构成挑战,现在理论上可以将世界各地的光学原子钟纠缠起来以提高其精度。
“虽然我们的结果在很大程度上是原理验证,并且我们实现的绝对精度比最先进的系统低几个数量级,但我们希望这里展示的技术有一天可能会改进最先进的系统, ”说物理学家拉加文德拉·斯里尼瓦斯。
“在某些时候,将需要纠缠,因为它提供了通往量子理论所允许的最终精度的途径。”
从原子钟的每一次滴答声中挤出更多的信心可能正是我们测量最小距离内质量产生的微小时间差异所需要的,这种工具可能会导致。
即使在研究之外,使用纠缠来减少量子测量的不确定性也可以应用于以下领域:到。
这项研究发表于自然。