在我们这个由滴答作响的时钟和摆动的钟摆组成的世界中，确定时间的流逝是一个简单的例子，即计算“当时”和“现在”之间的秒数。
然而，在嗡嗡作响的电子的量子尺度下，“然后”并不总是可以预见的。更糟糕的是，“现在”常常变得模糊不清。秒表根本不适用于某些情况。
根据瑞典乌普萨拉大学研究人员 2022 年的一项研究，可以在量子雾本身的形状中找到潜在的解决方案。
他们对里德伯态的波状性质进行的实验揭示了一种不需要精确起点的测量时间的新方法。
里德伯原子是粒子王国中过度膨胀的气球。这些原子被激光而不是空气所膨胀，含有处于极高能态的电子，其轨道远离原子核。
当然，并不是每个激光器泵浦都需要将原子膨胀到卡通比例。事实上，激光通常用于将电子激发到更高的能量状态，以用于多种用途。
在某些应用中，可以使用第二个激光来监测电子位置的变化，包括时间的流逝。这些 '泵浦探针例如，技术可用于测量某些超快电子设备的速度。
诱导原子进入里德伯态是，尤其是在设计方面为了。不用说，物理学家已经积累了大量关于电子在被推入里德伯态时的运动方式的信息。
然而，作为量子动物，它们的动作不像在小算盘上滑动的珠子，而更像轮盘赌桌上的夜晚，球的每一次滚动和跳跃都被压缩成一场机会游戏。
这种里德伯电子轮盘赌的疯狂游戏背后的数学规则书被称为里德伯波包。
就像实际的波浪一样，在空间中荡漾多个里德伯波包会产生干扰，从而产生独特的波纹图案。将足够多的里德伯波包扔进同一个原子池中，这些独特的模式将分别代表波包彼此演化所需的不同时间。
这组实验背后的物理学家开始测试的正是这些时间“指纹”，表明它们足够一致和可靠，可以作为量子时间戳的一种形式。
他们的研究涉及测量激光激发氦原子的结果，并将他们的发现与理论预测相匹配，以展示他们的标志性结果如何在一段时间内保持不变。
“如果你使用计数器，你必须定义零。你在某个时刻开始计数，”领导该团队的瑞典乌普萨拉大学物理学家 Marta Berholts 解释道。新科学家2022年。
“这样做的好处是你不必启动时钟——你只需查看干涉结构并说‘好吧，已经过去了 4 纳秒。’”
不断发展的里德伯波包指南可以与其他形式的泵浦探针光谱学结合使用，这些泵浦探针光谱学可以测量微小尺度的事件，但有时不太清楚，或者根本不方便测量。
重要的是，没有一个指纹需要当时和现在作为时间的起点和终点。这就像衡量一位不知名的短跑运动员与许多以设定速度跑步的竞争对手的比赛一样。
通过在泵浦探测原子样本中寻找干扰里德伯态的特征，技术人员可以观察到仅 1.7 万亿分之一秒转瞬即逝的事件的时间戳。
未来的量子手表实验可以用其他原子代替氦，甚至使用不同能量的激光脉冲，以扩大时间戳指南以适应更广泛的条件。
这项研究发表于物理评论研究。
本文的早期版本首次发布于 2022 年 10 月。
