Ученые разработали сверхточный квантовый хронометр
Атомное время, разработанное в 1950-х годах, до сих пор является самым точным устройством для измерения времени. Группа ученых из Уппсаласского университета в Швеции разработала еще более точный и инновационный способ измерения времени: он может измерять временную задержку между двумя моментами (т.е. ход времени), но не считает прошедшие секунды.
Точность и стабильность генерируемой формы волны обеспечивается тем, что атомные часы полагаются на постоянную частоту электромагнитного излучения, испускаемого при переходе электронов с одного энергетического уровня на другой: с 1967 года секунды измеряются как точный период изменения перехода между гипертонкостными уровнями основного состояния цезия 133 9, 192, 631, 770. 192, 631, определенный как 770. Эти часы лежат в основе международного атомного времени и всемирного координированного времени.
Рассматриваемый здесь квантовый хронометр может измерять ход времени, но не может считать секунды. Это совершенно новый способ измерения времени. Устройство основано на технике, называемой «зондовой накачкой». Это позволяет измерять перенасыщенность веществ с помощью очень коротких лазерных импульсов. В частности, короткий, мощный лазерный импульс (накачка) подается на атомное облако, заставляя его подняться на более высокий энергетический уровень. Затем используется второй, более слабый импульс (зонд) для измерения эффекта накачки.
Такие эксперименты с использованием зондов и насосов широко применяются в материаловедении. Это связано с тем, что они позволяют наблюдать трансформацию материалов на молекулярном уровне и получать информацию о динамике затухания возбуждения, производимого лазерным импульсом. Однако измерить время, необходимое для прохождения импульса между насосом и зондом, бывает непросто. Квантовые часы, разработанные шведской командой, позволяют избежать этой проблемы.
Читайте также: Ученые разработали противотуманное покрытие, которое самоочищается
Особенно для тех, кто носит очки в этот «масочный» период. Как насчет прозрачного покрытия для защиты от запотевания и самовосстановления? Теперь это..
Чтобы разработать новый способ взглянуть на часы, исследователи сначала направили лазерный луч на облако атомов гелия. Затем атомы превратились в суперпозицию квантовых состояний (они одновременно находились на нескольких энергетических уровнях). Исследователи называют это последовательной суперпозицией Ридберга. Эти энергетические уровни взаимодействуют, создавая интерференционную картину, которая меняется со временем, как это видно в знаменитом эксперименте Юнга со щелью, когда два луча света пересекаются на одном источнике света.
Ученые измерили это интерференционное изображение в течение 1,7 пикосекунд и сравнили его с результатами интерференционного моделирования. Они смогли определить уникальный интервал времени, на котором эти картины совпадали, и таким образом смогли точно определить, как долго атомы гелия находились в перекрывающемся состоянии.
Они показали, что результирующие флуктуации в серии высоковозбужденных ридберговских состояний, сходящихся к порогу ионизации, приводят к уникальной интерференционной картине, которая не повторяется в течение жизни ридберговского волнового пакета.» -Новые «изгибы» (qubs). Таким образом, он дает представление о времени эволюции с момента создания волнового пакета», — объясняют исследователи в журнале Physical Review Research.
В отличие от других таймеров, таких как механические, кварцевые или атомные таймеры, которые функционируют путем подсчета количества колебаний от четко определенной частоты, таймеры на основе QUB не используют счетчик. Диалог требуется только для инициализации и считывания.
Другими словами, нет необходимости точно измерять, когда атомы перекрываются. Этот метод намного проще, поскольку не требуется «стартовых» часов. Достаточно посмотреть на интерферометрическое изображение и вычислить время в прошлом.
Команда отмечает, что квантовые часы могут быть адаптированы для проведения конкретных экспериментов, поскольку образец имеет несколько функций и необходимую энергию фотонов. «Если вы хотите использовать импульсы накачки с низкой энергией фотонов вместо гелия, вы можете использовать инертные газы, такие как NE, AR, KR или XE. Не исключено, что можно увеличить энергию фотонов импульса накачки». говорят они.
Этот подход очень полезен в экспериментах, где необходимо измерять временные задержки в небольших системах, поскольку он очень точен. Он позволяет исследователям проводить очень быстрые измерения систем, которые развиваются во времени, например, падение одной молекулы, квантовые взаимодействия между светом и веществом или влияние магнитного поля на материал. Однако эксперты подчеркивают, что это не относится к измерению времени в более общем смысле.
