Kvantiniškai susietų atominių laikrodžių tinklas laiko matavimo tikslumą padidintų 100 kartų

Atominiai laikrodžiai matuoja mikrobangų arba optinį dažnį, kurio reikia atomo elektronams peršokti iš vieno energetinio lygmens į kitą. Standartinis laikrodis naudoja cezio atomus, skleidžiančius mikrobangas tiksliai 9 192 631 770 kartų per sekundę. Signalas toks neįtikėtinai tikslus, kad naujausias cezio laikrodis neseniai pajungtas JAV, viena sekunde gali atsilikti ar skubėti per maždaug 300 milijonų metų.

Laiko kontrolės institucijos visame pasaulyje turi nuosavus cezio laikrodžius. jie pateikia savo laiko matavimus į Tarptautinį svorių ir matų biurą Paryžiuje, kuris išveda vidurkį ir publikuoja mėnraštyje, nustatančiame koordinuotąjį universalų laiką (UTC). Tačiau tai reiškia, kad nėra visuotinai pripažinto standartinio laiko matavimo realiuoju laiku.

„UTC mėnesiu atsilieka ir yra didelis noras turėti realaus laiko formulavimą,“ sako Leon Lobo iš Nacionalinės fizikos laboratorijos Teddingtone, JK.

Delikatus darbas

Ericas Kessleris iš Harvardo universiteto ir jo kolegos mano, kad sprendimą galėtų suteikti kvantinis susietumas. Kai kvantiniai objektai, pavyzdžiui, atomai, susiejami, vieno jų matavimas daro tiesioginį ir žinomą poveikė kitam. Susiejus pasaulio atominius laikrodžius ir skriejančius palydovus, jie galėtų tiksėti vienu ritmu, sako Kessleris.

„Jei laikysime atskirus laikrodžius švytuoklėmis, atskirų laikrodžių susietumas priverstų visas švytuokles siūbuoti vienodai.“

Jo komanda įvertino pasaulyje egzistuojančius laikrodžius ir pasiūlė hipotetinio tinklo projektą. Komandos skaičiavimais, globalusis kvantinis laikrodžių tinklas būtų maždaug 100 kartų tikslesnis, nei bet kuris atskiras laikrodis. Jis taip pat būtų natūraliai apsaugotas nuo kompiuterinių įsilaužėlių, nes kvantų mechanikos dėsniai iškart įspėtų apie bet kokias šnipinėjimo pastangas. Tačiau susietumas yra labai delikati būsena, tad tokio didelio kvantinio tinklo prijungimas gali užtrukti.

Kvantinis jutiklis

„Be abejo, tai ambicingas ir tolimas pasiūlymas,“ sako Kessleris. „Reikia svarbių technologinių poslinkių, nors visi atskiri statybiniai blokai iš principo mažu masteliu jau yra pademonstruoti.“

Kvantinis tinklas yra svarbus tikslas, sako Ruxandra Bondarescu iš Ciuricho universiteto Šveicarijoje, kadangi jis dar galėtų būti ir fundamentalių fizikos eksperimentų jutiklis. Labai jautrus globalus laikrodis galėtų būti panaudotas mažų Žemės gravitacinio lauko variacijų matavimui, arba medžiojant erdvėlaikio raibulius, vadinamąsias gravitacines bangas, kurios šiek tiek pakeistų laikrodžio tiksėjimą.

„Buvo sunku gauti santykinai nepraktiškų tikslų finansavimą,“ sako ji. „Būtų nuostabu, jei toks laikrodžių tinklas egzistuotų.“

Journal reference: Nature Physics, DOI: 10.1038/NPHYS3000

Jacob Aron
New Scientist № 2974