На базе квантово-запутанных атомов создали еще более точные атомные часы

Технологии

ТАСС, 16 декабря. Американские физики создали рекордно точные и быстрые атомные часы. Для этого ученые "запутали" на квантовом уровне атомы, колебания которых используют подобные приборы для измерения течения времени. Статью с описанием разработки опубликовал научный журнал Nature.

На эту темуКуда еще точнее. Зачем Льюису Эссену потребовалось создавать атомные часы

В отличие от механических часов, которые измеряют время за счет колебаний маятника, в атомных используются колебания ионов цезия, иттербия или некоторых других химических элементов с особыми физическими свойствами. Внутри таких часов атомы находятся внутри специальных электромагнитных ловушек и охлаждаются до температур, близких к абсолютному нулю.

Алгоритм, который управляет работой атомных часов, периодически облучает эти ионы лазером. В результате их внешние электроны начинают колебаться между разными энергетическими уровнями. Атомы одного типа "переключаются" между этими состояниями за одно и то же время и с одной и той же частотой. Благодаря этому можно отслеживать ход времени с очень большой точностью.

Несмотря на то, что благодаря атомным часам время измерять можно на несколько порядков точнее, они подвержены различным внешним помехам. Их можно подавить, если использовать больше атомов или наблюдать за их колебаниями достаточно долго. Однако это не всегда возможно.

Кроме того, по мере повышения точности атомных часов на их работу все сильнее влияет принцип неопределенности Гейзенберга – краеугольный камень квантовой механики. Он гласит, что положение или скорость движения частиц нельзя измерить с одинаково большой точностью. В результате возникает так называемый квантовый шум, ликвидировать который классическими способами невозможно.

Год назад профессор Массачусетского технологического института (США) Владан Вулетич и его коллеги предположили, что с подобными помехами, а также с другими их источниками, можно бороться, если объединить значительную часть атомов внутри часов в единое целое, "запутав" их на квантовом уровне при помощи тех же лазерных лучей, которые заставляют их колебаться.

Для этого ученые особым образом "сжали" свет, упорядочив его частицы на квантовом уровне таким образом, что одно его свойство можно было измерить с очень большой точностью, а другие измерить было почти невозможно, поскольку они подчинялись принципу неопределенности.

Взаимодействуя с таким светом, две сотни атомов иттербия, которые использовались в качестве маятника в часах исследователей, запутываются на квантовом уровне и начинают вести себя как единое целое. В результате они одинаково реагируют на импульсы света, а не случайно меняя свое состояние при столкновении с лучами лазера.

Благодаря этому американские физики утроили скорость калибровки атомных часов и достигли рекордно высокой точности измерения.

Пока такие атомные часы могут работать в подобном "квантовом режиме" около секунды. Однако этого достаточно для множества сверхточных измерений, в том числе поисков темной материи и проверки фундаментальных законов природы. Кроме того, подобные системы, как заключают ученые, можно использовать и для других целей – квантовых расчетов и создания сверхчувствительных квантовых сенсоров.

"Часы всегда можно сделать более точными, дольше замеряя время. Вопрос заключается в том, как быстро вы можете достичь необходимой точности замеров, учитывая то, что многие феномены нужно замерять с высокой скоростью. Дальнейшее улучшение атомных часов позволит нам понять, меняется ли скорость света с течением времени, постоянен ли заряд электрона и ответить на многие другие "невозможные" вопросы", – подытожил Владан Вулетич

Источник: tass.ru

Оцените статью
Экономика и политика на EconomPolit.ru