Określenie upływu czasu w naszym świecie tykających zegarów i oscylujących wahadeł jest prostym przykładem liczenia upływających sekund.
Jednak w skali kwantowej brzęczących elektronów nie zawsze można przewidzieć, że coś stało się „kiedyś”. Co gorsza, „teraz” często rozmywa się we mgle niejasności. Stoper po prostu nie zadziała w niektórych scenariuszach. Według badania przeprowadzonego w 2022 roku przez naukowców z Uniwersytetu w Uppsali w Szwecji, potencjalne rozwiązanie można znaleźć w samym kształcie samej mgły kwantowej.
Przeczytaj też: Obliczono bezwględny limit prędkości kwantowej dla elektroniki
Ich eksperymenty nad falową naturą czegoś, co nazywa się stanem Rydberga, ujawniły nowy sposób mierzenia czasu, który nie wymaga precyzyjnego punktu początkowego.
Atomy rydbergowskie to napompowane balony królestwa cząstek. Atomy te, napompowane laserami zamiast powietrzem, zawierają elektrony w skrajnie wysokich stanach energetycznych, krążące daleko od jądra. Oczywiście nie każda pompa laserowa musi nadmuchać atom do kreskówkowych proporcji. W rzeczywistości lasery są rutynowo używane do „łaskotania” elektronów w wyższe stany energetyczne do różnych zastosowań.
W niektórych zastosowaniach drugi laser może służyć do monitorowania zmian położenia elektronu, w tym upływu czasu. Te techniki „pompo-sondy” można wykorzystać na przykład do pomiaru prędkości niektórych ultraszybkich urządzeń elektronicznych.
Wprowadzanie atomów w stany Rydberga to przydatna sztuczka dla inżynierów, zwłaszcza jeśli chodzi o projektowanie nowych komponentów do komputerów kwantowych. Nie trzeba dodawać, że fizycy zgromadzili znaczną ilość informacji na temat sposobu, w jaki elektrony poruszają się, gdy są wprowadzane w stan Rydberga. Jednak ich ruchy nie przypominają ślizgających się koralików na maleńkim liczydle, a bardziej przypominają wieczór przy stole do ruletki, gdzie każdy rzut i skok kulki jest częścią gry losowej.
Matematyczna księga zasad stojąca za tą szaloną grą elektronowej ruletki Rydberga nazywana jest „pakietem fal Rydberga”
Podobnie jak w przypadku rzeczywistych fal, posiadanie więcej niż jednego pakietu fal Rydberga falującego w przestrzeni powoduje interferencję, co skutkuje unikalnymi wzorami. Wrzuć wystarczającą liczbę pakietów fal Rydberga do tego samego stawu atomowego, a każdy z tych unikalnych wzorów będzie reprezentował odrębny czas potrzebny do ewolucji pakietów fal zgodnie ze sobą.
To właśnie te „odciski palców” czasu fizycy stojący za tym zestawem eksperymentów postanowili przetestować, wykazując, że są one wystarczająco spójne i niezawodne, aby służyć jako forma kwantowego znacznika czasu.
Ich badania obejmowały mierzenie wyników wzbudzanych laserowo atomów helu i porównywanie ich wyników z przewidywaniami teoretycznymi, aby pokazać, w jaki sposób ich charakterystyczne wyniki mogą przetrwać przez pewien czas.
Jeśli używasz licznika, musisz zdefiniować zero. Zaczynasz liczyć od pewnego momentu – wyjaśniła dla New Scientist w 2022 roku fizyk Marta Berholts z Uniwersytetu w Uppsali w Szwecji, która kierowała zespołem. Korzyścią z tego jest to, że nie trzeba uruchamiać zegara – wystarczy spojrzeć na strukturę interferencji i powiedzieć„ okej, minęły 4 nanosekundy.
Przewodnik po ewoluujących pakietach fal Rydberga mógłby być używany w połączeniu z innymi formami spektroskopii z sondą pompową, które mierzą zdarzenia w małej skali, kiedy od czasu do czasu są mniej wyraźne lub po prostu zbyt niewygodne do zmierzenia.
Co ważne, żaden z odcisków palców nie wymaga określenia „kiedyś” i „teraz”, aby mogły służyć jako punkt początkowy i końcowy dla czasu. Byłoby to jak mierzenie wyścigu nieznanego sprintera z wieloma zawodnikami biegnącymi z ustalonymi prędkościami.
Poszukując sygnatur zakłócających stanów Rydberga w próbce atomów z pompą-sondą, technicy mogli obserwować znaczniki czasu zdarzeń tak ulotnych, jak zaledwie 1,7 biliardowych części sekundy.
Przyszłe eksperymenty z zegarami kwantowymi mogą zastąpić hel innymi atomami, a nawet wykorzystać impulsy laserowe o różnych energiach, aby poszerzyć przewodnik znaczników czasu, tak by pasowały do szerszego zakresu warunków.
Badanie to zostało opublikowane w Physical Review Research.
➔ Obserwuj nas w Google News, aby być na bieżąco!
źródło: Science Alert
zdjęcie wykorzystane w nagłówku wpisu pochodzi z Depositphotos
Od 2005 roku zajmuję się komunikacją internetową i e-marketingiem, jestem pasjonatem urządzeń mobilnych oraz nowych technologii – i nie waham się ich używać.