فیزیکدانان ایالات متحده زمان نگار کوانتومی شامل چندین ساعت اتمی می‌سازند
محققان در دانشگاه کلرادو بولدر و موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) یک زمان نگار کوانتومی به اندازه اتاق ساخته‌اند که از چندین ساعت اتمی کوچکتر ساخته شده است، بیانیه مطبوعاتی گفت.
این ممکن است به عنوان یک نوع ساعت‌پذیری معادل از سوی فیزیکدان در جمع‌آوری معادل کوانتومی از ساعت‌های قدیمی به نظر برسد. اما تیم محقق به رهبری آدام کافمن، استاد فیزیک در دانشگاه کلرادو بولدر و فیزیکدان در NIST، منطق بسیار ساده‌ای برای این کار دارد: افزایش عملکرد ساعت اتمی با استفاده از درهم‌تنیدگی کوانتومی.
کافمن در یک بیانیه مطبوعاتی گفت: "ساعت‌های نوری به دلیل این که به شما امکان کنترل اتم‌های منفرد تا درجه‌ای بسیار بالا - هم روی اینکه آن اتم‌ها کجا هستند و هم در چه حالت‌هایی هستند، می‌دهند، به بستر مهمی در بسیاری از زمینه های فیزیک کوانتومی تبدیل شده‌اند."
اما علیرغم همه مزایایش، ساعت‌های کوانتومی یک مشکل عمده دارند - رفتار ناپایدار اتم‌ها.
چگونه درهم‌تنیدگی کوانتومی کمک می‌کند
وقتی دو ذره در دنیای کوانتومی درهم‌تنیده می‌شوند، اطلاعاتی درباره‌ی هم آشکار می‌کنند و به جای اینکه به عنوان اتم‌های منفرد عمل کنند، مانند یک اتم واحد رفتار می‌کنند. اگر محققان بدانند که کدام ذرات کوانتومی درهم‌تنیده‌اند، پیش‌بینی رفتار آن‌ها آسان‌تر می‌شود.
در شکل دیگری، اگر محققان بتوانند دو اتم را در حالت‌های کوانتومی‌شان درهم‌تنیده کنند، رفتار آن‌ها می‌تواند کمتر ناپایدار و بسیار قابل پیش‌بینی‌تر شود. در کار اخیر خود، کافمن و تیمش چنین درهم‌تنیدگی را در اتم‌های استرانسیم ایجاد کردند، که منجر به دور شدن الکترون‌ها از هسته‌ها گردید.
کافمن افزود: "این مثل یک مدار کرکی است." "این کرکی بودن بدان معناست که اگر دو اتم را به اندازه کافی نزدیک بیاورید، الکترون‌ها می‌توانند همدیگر را حس کنند و منجر به یک تعامل قوی بین آن‌ها شود." اما این همه‌ی ماجرا نیست.
زوج درهم‌تنیده الکترون‌ها همچنین سریع‌تر از زمانی که به تنهایی تیک‌تاک می کنند با هم تیک‌تاک می کنند. "تیک‌تاک" در ساعت‌های اتمی پرش الکترون ها از حالت انرژی پایین به حالت انرژی بالا و سپس بازگشت به انرژی پایین دوباره است. این بسیار شبیه به پاندول یک ساعت آنالوگ است اما با سرعت تریلیون بار در ثانیه روی می‌دهد.
محققان به چه چیزی دست یافتند؟
تیم کافمن یک ساعت اتمی جدید را با به دام انداختن دوازده اتم استرانسیم در یک ساختار شبکه‌ای و مخلوط کردن چهار نوع متفاوت از ساعت‌ها در همان دستگاه ایجاد کردند. این به محققان اجازه داد که گروه‌هایی از دو، چهار و هشت اتم را درهم‌تنیده کنند و در نتیجه، نرخ چهار ساعت تیک‌تاک را به یک واحد ترکیب کنند.
تحت این شرایط، تیک‌تاک اتم‌های درهم‌تنیده شده نسبت به یک ساعت اتمی نوری سنتی عدم قطعیت کمتری نشان می‌دهد. کافمن افزود: "این بدان معناست که به ما کمتر وقت می‌برد تا به همان سطح دقت برسیم." "آنچه ما می‌توانیم انجام دهیم این است که همان طول زمان را به واحدهای کوچکتر و کوچکتر تقسیم کنیم، آن تسریع می‌تواند به ما امکان دهد که زمان را دقیق‌تر پیگیری کنیم ."
این می‌تواند به توسعه فناوری‌های کوانتوم جدیدی که به اندازه کافی حساس هستند تا تغییرات محیطی ظریف را اندازه‌گیری کنند کمک کند. کاربردهای دیگر شامل دروازه‌های چندکیوبیت مورد نیاز برای محاسبات در کامپیوترهای کوانتومی می‌باشد.
یافته‌های پژوهش در مجله Nature منتشر شده است.
