Naučnici su pronašli novi način mjerenja vremena na veoma maloj skali atoma, gdje tradicionalne metode ne funkcionišu baš dobro. Koristili su tip atoma koji se zove Ridbergov atom, koji je poput balona ispunjenog laserima, i proučavali su kako se elektroni u atomu kreću okolo. Mjerenjem obrazaca nastalih kada više Ridbergovih atoma interaguje jedan sa drugim, mogli su da kažu koliko je vremena prošlo bez potrebe za preciznom početnom tačkom.
Ovo bi moglo biti korisno za mjerenje veoma kratkih vremenskih perioda koje je teško izmjeriti tradicionalnim metodama i moglo bi se koristiti za pravljenje boljih kvantnih računara.
Određivanje protoka vremena u našem svijetu otkucaja satova jednostavan je slučaj brojanja sekundi između "tada" i "sada".
Međutim, na kvantnoj skali zujanje elektrona, "onda" se ne može uvijek predvidjeti. Pto je još gore, "sada" se često zamagljuje u maglu neodređenosti. Štoperica jednostavno neće raditi u nekim situacijama.
Potencijalno rješenje moglo bi se naći u samom obliku kvantne magle, prema studiji istraživača sa Univerziteta u Švedskoj iz 2022. godine.
Njihovi eksperimenti o talasastoj prirodi nečega što se zove Ridbergovo stanje otkrili su novi način mjerenja vremena koji ne zahtjeva preciznu polaznu tačku.
Ridbergovi atomi su prenaduvani baloni carstva čestiva. Naduvani laserima umjesto vazduhom, ovi atomi sadrže elektrone u izuzetno visokim energetskim stanjima koji kruže daleko od jezgra.
Naravno, ne treba svaka laserska pumpa da naduva atom do iscrtanih razmjera. U stvari, laseri se rutinski koriste da zagolicaju elektrone u stanju više energije za različite namjene.
U nekim aplikacijama, drugi laser se može koristiti za praćenje promjena u položaju elektrona, uključujući protok vremena. Ove tehnike "pump-sonde" mogu se koristiti za mjerenje brzine određene ultrabrze elektronike na primjer.
Uvođenje atoma u Ridbergova stanja je zgodan trik za inženjere, ne samo kada je u pitanju dizajniranje novih komponenti za kvantne računare. Nepotrebno je reći da su fizičari prikupili značajnu količinu informacija o načinu na koji se elektroni kreću kada su gurnuti u Ridbergovo stanje.
Međutim, budući da su kvantne životinje, njihovi pokreti su manje kao perle koje klize po malom abakusu, a više kao veče za stolom za rulet, gdje je svako kotrljanje i skok loptice stisnuto u jednoj igri na sreću.
Knjiga matematičkih pravila koja stoji iza ove divlje igre Ridbergovog elektronskog ruleta se naziva Ridbergov talasni paket.
Baš kao i stvarni talasi, više od jednog Ridbergovog talasnog paketa koji se talasa u prostoru stvara smetnje, što rezultira jedinstvenim obrascima talasa. Bacite dovoljno Ridbergovih talasnih paketa u isto atomsko jezero, i svaki od tih jedinstvenih obrazaca će predstavljati različito vrijeme koje je potrebno da talasni paketi evoluiraju u skladu jedan sa drugim.
Upravo te 'otiske prstiju' vremena su fizičari koji stoje iza ovog skupa eksperimenata krenuli da testiraju, pokazujući da su bili dovoljno dosljedni i pouzdani da služe kao oblik kvantnog vremenskog žiga.
Njihovo istraživanje je uključivalo mjerenje rezultata laserski pobuđenih atoma helijuma i uparivanje njihovih nalaza sa teorijskim predviđanjima kako bi pokazali kako bi njihovi karakteristični rezultati mogli da opstaju tokom određenog vremena.
„Ako koristite brojač, morate da definišete nulu. U jednom trenutku počinjete da brojite“, objasnila je fizičarka Marta Berholts sa Univerziteta u Upsali u Švedskoj, koja je predvodila tim za New Scientist 2022. godine.
„Prednost ovoga je što ne morate da pokrećete sat – samo pogledate strukturu interferencije i kažete 'u redu, prošlo je 4 nanosekunde'."
Vodič evoluirajućih Ridbergovih talasnih paketa mogao bi se koristiti u kombinaciji sa drugim oblicima spektroskopije pumpne sonde koji mere događaje na maloj skali, kada su s vremena na vrijeme manje jasni, ili jednostavno previše nezgodni za mjerenje.
Važno je da nijedan od otisaka prstiju ne zahtjeva neko vrijeme i sada da posluži kao početna i zaustavna tačka za vrijeme. To bi bilo kao da merite trku nepoznatog sprintera sa brojnim takmičarima koji trče zadatim brzinama.
Tragajući za potpisom ometajućih Ridbergovih stanja usred uzorka atoma pumpe-sonde, tehničari su mogli da posmatraju vremensku oznaku za događaje koji su prolazni od samo 1,7 trilionitih dijelova sekunde.
Budući eksperimenti na kvantnom satu mogli bi zamijeniti helijum drugim atomima, ili čak koristiti laserske impulse različitih energija, kako bi proširili vodič vremenskih oznaka kako bi odgovarali širem spektru uslova.
Istraživanje je objavljeno u Physical Review Research.
