Oxfordští fyzici vytvářejí síť kvantově propletených atomových hodin

Fyzici z Oxfordské univerzity poprvé úspěšně propojili dvě atomové hodiny prostřednictvím kvantového zapletení. Tento výkon může pomoci učinit tyto hodiny tak přesnými, že se začnou přibližovat základní hranici přesnosti stanovené kvantovou mechanikou.

Atomové hodiny udržují čas měřením vibračních vzorců atomů, které jsou neuvěřitelně stabilní a předvídatelné. Například atom cesia-133 bude oscilovat přesně 9 192 631 770 krát za sekundu a toto číslo se používá k oficiální definici druhého od roku 1967, čímž se stanoví národní a mezinárodní standardy pro měření času.

Ale vždy je co zlepšovat. Optické atomové hodiny, které využívají viditelné světlo a atomy jako ytterbium, mají potenciál překonat cesiové atomové hodiny a nyní oxfordští fyzici ukázali, jak je udělat ještě přesnější. K tomu je potřeba napojit se na strašidelný kvantový jev nazývaný kvantové zapletení.

Částice se mohou vzájemně provázat natolik, že měření nebo změna jedné okamžitě ovlivní jejího partnera, bez ohledu na to, jak daleko od sebe mohou být. Teoreticky by se tyto dvě částice mohly nacházet na opačných stranách vesmíru a stále se navzájem okamžitě ovlivňovat. Tato myšlenka skvěle znervóznila samotného Einsteina, ale byla experimentálně potvrzena po celá desetiletí.

Fyzici z MIT již dříve využili kvantové zapletení, aby zlepšili přesnost atomových hodin zapletením mraku atomů do jediného zařízení. Nyní oxfordský tým propletl dvě samostatné atomové hodiny z druhé strany místnosti.

Každá z atomových hodin obsahovala jeden iont stroncia. Laserový paprsek je rozdělen na dvě části, pak je každý paprsek modulován přesně stejným způsobem, než je odeslán do každého z atomových hodin, aby zasáhl ionty stroncia. To vytváří kvantové propletené spojení mezi ionty, i když jsou od sebe 2 m (6,6 stop).

Konečným výsledkem je první kvantová síť propletených atomových hodin, které by mohly být použity k měření času přesněji než kdy dříve. Vědci snížili nejistotu měření dvojnásobně.

Ve skutečnosti tým říká, že propletené sítě atomových hodin by mohly překonat standardní kvantový limit (SQL), který vzniká v důsledku náhodných kvantových fluktuací, které se promítají do měření. Kromě toho by se přesnost mohla začít blížit Heisenbergově limitě, tvrdé linii stanovené samotnými zákony kvantové fyziky.

To je však stále mimo dosah se specifickým použitým nastavením, které bylo navrženo pro experimenty s kvantovými počítači. Specializovaná síť kvantově propletených atomových hodin by mohla začít zkoumat hlavní fyzikální hádanky, jako jsou základní konstanty a dokonce i temná hmota, říká tým.

„Ačkoli náš výsledek je do značné míry důkazem principu a absolutní přesnost, které dosahujeme, je o několik řádů nižší než současný stav techniky, doufáme, že zde uvedené techniky mohou někdy zlepšit nejmodernější systémy, “ řekl doktor Raghavendra Srinivas, autor studie. „V určitém okamžiku bude nutné zapletení, protože poskytuje cestu ke konečné přesnosti, kterou umožňuje kvantová teorie.“

Výzkum byl publikován v časopise Příroda.

Zdroj: Oxfordská univerzita