Pirmą kartą kvantiškai susieti du atominiai laikrodžiai

Du atominiai laikrodžiai buvo sujungti kvantiniu susietumu – savybe, susiejančia juos taip, kad vieno pokytis iš karto pakeičia ir kitą. Naudojant tokią jungtį, lengviau sinchronizuoti laikrodžius, ir tai palengvina atlikti tikslesnius tamsiosios materijos ir gravitacijos matavimu.

Atominiuose laikrodžiuose naudojami labai tiksliai lazeriais kontroliuojami atomai. Kiekvienas „sutiksėjimas“ atitinka dažną ir išmatuojamą atomų elektronų energijos pokytį. Tokie laikrodžiai šimtus milijonų kartų tikslesni už įprastus laikrodžius.

Tačiau tiksliai sinchronizuoti du atominius laikrodžius – tikras iššūkis, nes paties matavimo proceso pakanka, kad atsirastų klaidų. Laikrodžius susiejus kvantiškai, matavimų reikėtų mažiau.

Bethan Nichol iš Oksfordo universiteto su kolegomis susiejo du atominius laikrodžius, kuriuose buvo po vieną stroncio atomą, stovinčius 2 metrų atstumu.

Kad susietų laikrodžius, komanda iš pradžių lazeriu atomams suteikė energijos, kad šie išspinduliuotų mėlyną šviesą. Kiekvieno atomo mėlyna šviesa keliavo šviesolaidžiu į Bello būsenos analizatorių, kuriuo atomų kvantinė būsena pakeista taip, kad atomai taptų susieti.

Tokiu būdu išmatavus vieno laikrodžio rodmenis, gaunama informacija apie abu laikrodžius. Taip tyrėjai sugebėjo išmatuoti dviejų laikrodžių tiksėjimo dažnių skirtumą maždaug 7% netikslumu, palyginus su 28%, jei laikrodžiai nebūtų susieti.

Tyrėjai galėtų netikslumą sumažinti, tiesiog ilgiau matuodami, bet svarbiausia, kad jie tokį pat tikslumą gavo, matuodami per pusę mažiau laiko susietais laikrodžiais, nei su nesusietais.

Remiantis kvantinės fizikos dėsniais, tiksėjimo dažnio išmatuoti absoliučiais tiksliai neįmanoma, sako straipsnio bendraautorius Raghavendra Srinivas iš Oksfordo universiteto. Bet labai prisiartinome prie šio eksperimento ribos, pažymėjo jis.

Shimon Kolkowitz iš Wisconsin-Madison universiteto sako, kad jeigu šį eksperimentą pavyks pakartoti su daugiau laikrodžių ar stovinčių toliau vienas nuo kito, gal net dviejose atskirose laboratorijose, tai prisidėtų prie tamsiosios materijos ir gravitacijos tyrimų pažangos. Pavyzdžiui, tarp dviejų susietų laikrodžių judanti tamsiosios materijos sankaupa pakeistų jų tikėjimo dažnio skirtumą, ir tokie susietų atominių laikrodžių tinklai tokį pokytį labai tiksliai aptiktų. Nedideli gravitacijos stiprumo pokyčiai irgi paveiktų taip pat, sako jis.

Karmela Padavic-Callaghan
www.newscientist.com

Nuoroda:Nature, DOI: 10.1038/s41586-022-05088-z