Відмічати плин часу у світі годинників, що цокають, і маятників, що гойдаються, – це простий приклад підрахунку секунд між «тоді» і «зараз». Проте на квантовому рівні дзижчання електронів «тоді» не завжди можна передбачити. Що ще гірше, «зараз» часто розпливається в тумані невизначеності. Для деяких сценаріїв секундомір просто не підійде. Потенційне рішення може бути знайдене в самій формі квантового туману, вважають вчені з Уппсальського університету в Швеції. Їхні експерименти з вивчення хвилеподібної природи так званого стану Рідберга відкрили новий спосіб вимірювання часу, який не потребує точної точки відліку.
Атоми Рідберга – це перенадуті повітряні кульки царства частинок. Надуті лазерами замість повітря, ці атоми містять електрони в надзвичайно високих енергетичних станах, що обертаються далеко від ядра. Звичайно, не кожна помпа лазера повинна роздувати атом до карикатурних розмірів. Насправді лазери регулярно використовуються для перетворення електронів на вищі енергетичні стани для різноманітних цілей.
У деяких випадках другий лазер може використовуватися для спостереження за змінами в положенні електрона, в тому числі за плином часу. Ці методи «накачування-зондування» можуть бути використані, наприклад, для вимірювання швидкості певної надшвидкої електроніки.
Індукування атомів у рідбергівські стани є зручним трюком для інженерів, не в останню чергу, коли йдеться про розробку нових компонентів для квантових комп’ютерів. Само собою зрозуміло, що фізики накопичили значну кількість інформації про те, як рухаються електрони, коли їх підштовхують до рідбергівського стану.
Теж цікаво:
- Фізики МТІ маніпулювали квантово заплутаними атомами так, що ті «подорожували в часі»
- Оголошено про створення першої в історії квантової схеми
Однак їхні рухи менше схожі на бісер, що ковзає по крихітній рахівниці, і більше нагадують вечір за столом рулетки, де кожен рух і стрибок кульки втиснутий в одну азартну гру. Математичний звід правил, що лежить в основі цієї дикої гри в електронну рулетку Рідберга, називається хвильовим пакетом Рідберга.
Подібно до реальних хвиль у ставку, наявність декількох хвильових пакетів Рідберга, що пульсують у просторі, створює інтерференцію, що призводить до унікальних візерунків пульсацій. Киньте достатню кількість хвильових пакетів Рідберга в той самий атомний ставок, і кожен з цих унікальних патернів представлятиме певний час, необхідний для того, щоб хвильові пакети еволюціонували у відповідності один з одним.
Саме ці «відбитки» часу фізики, які стояли за цією останньою серією експериментів, вирішили перевірити, показавши, що вони є достатньо послідовними і надійними, щоб слугувати формою квантового маркування часу. Їхнє дослідження включало вимірювання результатів лазерного збудження атомів гелію і зіставлення отриманих результатів з теоретичними прогнозами, щоб показати, як їхні результати можуть зберігатися протягом певного часу.
«Якщо ви використовуєте лічильник, ви повинні визначити нуль. Ви починаєте рахувати в певний момент, – пояснила New Scientist фізик Марта Берхольц з Університету Уппсали в Швеції, яка очолювала команду, – Перевага цього методу полягає в тому, що ви можете прогнозувати, що відбуватиметься в майбутньому і вам не потрібно заводити годинник – ви просто дивитеся на структуру інтерференції і говорите: «Добре, пройшло 4 наносекунди»».
Довідник еволюціонуючих хвильових пакетів Рідберга може бути використаний в поєднанні з іншими формами спектроскопії зонда накачування, які вимірюють події в крихітному масштабі, коли час від часу вони менш зрозумілі, або просто занадто незручні для вимірювання.
Важливо, що жоден з відбитків не вимагає «тоді» і «зараз», щоб слугувати початковою і кінцевою точкою відліку часу. Це все одно, що вимірювати забіг невідомого спринтера на тлі кількох конкурентів, які біжать із заданою швидкістю. Шукаючи сигнатуру інтерферуючих рідбергівських станів серед зразка атомів-зондів, техніки можуть спостерігати часову мітку для подій, що тривають лише 1,7 трильйонної частки секунди.
Майбутні експерименти з квантовим годинником можуть замінити гелій іншими атомами або навіть використовувати лазерні імпульси різної енергії, щоб розширити довідник міток часу для ширшого діапазону умов.
Ви можете допомогти Україні боротися з російськими окупантами. Найкращий спосіб зробити це – пожертвувати кошти Збройним Силам України через Savelife або через офіційну сторінку НБУ.
Також цікаво:
Вона хоч сама зрозуміла про що вона написала?