科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種全新的時間測量方法

在我們滴答作響的時鐘和擺的世界中，確定時間的流逝是一個簡單的例子，即計算“當(dāng)時”和“現(xiàn)在”之間的秒數(shù)。

然而，在嗡嗡作響的電子的量子尺度上，“然后”并不總是可以預(yù)測的。更糟糕的是，“現(xiàn)在”常常模糊成模糊的陰霾。秒表在某些情況下根本不起作用。

根據(jù)瑞典烏普薩拉大學(xué)研究人員 2022 年的一項研究，可以在量子霧本身的形狀中找到潛在的解決方案。

觀看下面的視頻，了解他們的結(jié)果摘要;

他們對里德堡態(tài)的波狀性質(zhì)的實驗揭示了一種不需要精確起點的測量時間的新方法。

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里德堡原子是粒子王國過度膨脹的氣球。這些原子用激光而不是空氣膨脹，含有處于極高能狀態(tài)的電子，繞軌道遠(yuǎn)離原子核。

當(dāng)然，并不是每個激光泵浦都需要將原子膨化到卡通化的比例。事實上，激光通常用于將電子刺激到更高的能量狀態(tài)，用于各種用途。

在某些應(yīng)用中，第二個激光器可用于監(jiān)測電子位置的變化，包括時間的流逝。這些 '泵-探頭例如，' 技術(shù)可用于測量某些超快電子設(shè)備的速度。

將原子誘導(dǎo)成里德堡態(tài)是一個工程師的得心應(yīng)手的技巧，尤其是在設(shè)計方面新型組件為量子計算機.不用說，物理學(xué)家已經(jīng)積累了大量關(guān)于電子在被推入里德堡態(tài)時如何移動的信息。

然而，作為量子動物，它們的動作不像在小算盤上滑動的珠子，而更像是輪盤賭桌上的一個夜晚，球的每一次滾動和跳躍都被擠進(jìn)了一場機會游戲中。

這種瘋狂的里德堡電子輪盤賭游戲背后的數(shù)學(xué)規(guī)則書被稱為里德堡波包。

就像實際的波一樣，一個空間中有多個里德堡波包在一個空間中蕩漾會產(chǎn)生干擾，從而產(chǎn)生獨特的漣漪模式。

將足夠多的里德堡波包扔進(jìn)同一個原子池中，這些獨特的模式將分別代表波包相互演化所需的不同時間。

這組實驗背后的物理學(xué)家正是這些時間的“指紋”開始測試，表明它們足夠一致和可靠，可以作為量子時間戳的一種形式。

他們的研究包括測量激光激發(fā)氦原子的結(jié)果，并將他們的發(fā)現(xiàn)與理論預(yù)測相匹配，以展示他們的標(biāo)志性結(jié)果如何在一段時間內(nèi)發(fā)揮作用。

“如果你使用計數(shù)器，你必須定義零。你在某個時候開始計數(shù)，“領(lǐng)導(dǎo)該團隊的瑞典烏普薩拉大學(xué)物理學(xué)家瑪爾塔·伯霍爾茨 （Marta Berholts） 解釋道新科學(xué)家2022 年。

“這樣做的好處是你不必啟動時鐘——你只需看看干涉結(jié)構(gòu)并說'好吧，已經(jīng)是 4 納秒了。'

不斷發(fā)展的里德堡波包指南可以與其他形式的泵浦探針光譜結(jié)合使用，這些光譜在微小尺度上測量事件，有時不太清晰，或者根本太不方便測量。

重要的是，沒有一個指紋需要過去和現(xiàn)在作為時間的起點和停止點。這就像測量一個不知名的短跑運動員與許多以設(shè)定速度跑步的競爭對手的比賽。

通過在泵浦探針原子樣本中尋找干擾里德堡態(tài)的特征，技術(shù)人員可以觀察到短至千分之一秒的事件的時間戳。

未來的量子手表實驗可以用其他原子代替氦氣，甚至使用不同能量的激光脈沖，以拓寬時間戳的指南，以適應(yīng)更廣泛的條件。

這項研究發(fā)表在物理審查研究.

本文的早期版本于 2022 年 10 月發(fā)布。

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