Научные сотрудники из Университета Колорадо в Боулдере совместно с Национальным институтом стандартов и технологий совершили значительный шаг вперёд в области квантовой физики, разработав инновационные оптические атомные часы, которые потенциально могут установить новый уровень точности в измерении времени.
Этот успех стал возможным благодаря использованию нескольких десятков атомов стронция, заключённых в кристаллической решётке, и созданию квантовой запутанности между ними. Как объясняет главный исследователь Адам Кауфман, работающий в JILA (совместного центра CU Boulder и NIST), запутанность позволяет атомам действовать согласованно, как единое целое, а не как отдельные частицы, что делает их поведение более предсказуемым.
«Мы можем делить единицу времени на всё более мелкие фракции. Это может помочь нам фиксировать время с ещё более высокой точностью», — говорит Кауфман.
Источник: Patrick Campbell / CU Boulder
Чтобы создать эти часы, учёные сначала улавливают и охлаждают облако атомов до крайне низких температур, а затем воздействуют на них мощным лазерным излучением. Электроны в атомах переходят между энергетическими уровнями, напоминая маятник, но с более высокой частотой, превышающей триллион колебаний в секунду.
Новейшие оптические атомные часы, созданные в JILA, уже демонстрируют поразительную точность, позволяющую фиксировать изменения гравитации на высоте всего в доли миллиметра. Тем не менее, традиционные часы страдают от ограничений, вызванных квантовыми неопределённостями, что мешает достижению максимальной точности.
Коллектив Кауфмана преодолел эти ограничения, установив квантовую запутанность между атомами стронция, благодаря чему они функционируют как единая система, снижая неопределённость показаний. Эксперименты включили комбинации отдельных атомов и групп из двух, четырёх и восьми запутанных атомов, создавая таким образом четыре типа часовых механизмов в одном устройстве.
«Это позволяет нам сократить время, необходимое для достижения заданной точности», — отметил Кауфман.
Однако, несмотря на перспективные результаты, перед исследователями ещё много задач. На данный момент они могут управлять часами лишь в течение около 3 миллисекунд, после чего запутанность атомов ослабевает, приводя к нестабильности.
Тем не менее, потенциал разработки велик. Успех подхода команды может заложить основу для «многокубитовых вентилей» — основных операций для квантовых вычислений. Это может привести к созданию новых квантовых технологий, включая сенсоры, способные измерять мельчайшие изменения окружающей среды, такие как вариации гравитационного поля Земли в зависимости от высоты.
Источник: iXBT
