物理学家刚刚纠缠了一对相距六英尺的原子钟:
宇宙中几乎没有什么东西能像原子的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化的最先进的“原子”钟,在达到极限时也会失去计数。
一段时间以来,物理学家已经知道纠缠的原子可以帮助将粒子束缚得足够细,从而从每个滴答声中挤出更多的滴答声,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限制推至两米(约六英尺)的距离,证明数学在更大的空间内继续适用。
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,光学原子钟使用光来探测原子的运动鼓来计时。
就像秋千上的孩子一样,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动,例如来自激光的光子,以启动摆动。
多年来,已经测试了各种技术和材料,以将技术发展到可以在不同方面产生差异的程度在 13 十亿多亿年的宇宙中,它们的频率加起来几乎没有一秒的误差——这种精度水平意味着我们可能需要重新考虑我们测量时间本身的方式。
很好-随着这项技术的调整,有时由于引入了一系列第 22 条军规的量子景观的不确定性,计时本身的规则本身变得有点模糊。
例如,更高频率的光可以提高精度,但代价是光子的踢动和原子响应之间的小不确定性变得更加重要。
这些又可以通过多次读取原子来解决,这种解决方案并非没有问题。
使用正确类型的激光脉冲进行“单次”读取将是理想的。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,这种方法的不确定性就会提高。
纠缠既是一个直观又奇怪的概念。根据量子力学,物体在被观察之前不能说具有价值或状态。
如果它们已经是更大系统的一部分——可能通过与其他原子交换光子– 系统的所有部分都注定会提供一个相对可预测的结果。
这就像从同一个钱包中抛出两枚硬币,知道如果一枚出现正面,另一枚将出现反面,即使它旋转进去
在这种情况下,两个“硬币”是一对锶离子,与沿着短距离光纤发送的光子纠缠在一起。
测试是lf 并没有在光学原子钟中产生任何革命性的精度水平,尽管它并不是故意的。
相反,该团队通过纠缠锶的带电原子表明,它们可以降低测量的不确定性在应该允许他们在未来提高精度的条件下。
了解几米的宏观距离并不存在挑战,现在理论上可以将世界各地的光学原子钟纠缠在一起以提高其精度。
p>
“虽然我们的结果在很大程度上是一个原理验证,而且我们达到的绝对精度比现有技术水平低几个数量级,但我们希望这里展示的技术有朝一日可以改善状态-物理学家 Raghavendra Srinivas 说。
“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。”
挤压从原子钟的每一个滴答声中多一点信心可能是这正是我们测量质量在最小距离内产生的微小时间差异所需要的,这种工具可能会导致引力的量子理论。
即使在研究之外,也可以使用纠缠来减少量子测量中的不确定性可以应用于从量子计算到加密和通信的任何领域。
这项研究发表在《自然》杂志上。