Oxfordští fyzici vytvořili síť kvantově provázaných atomových hodin

Fyzikům z Oxfordské univerzity se poprvé podařilo propojit dvoje atomové hodiny pomocí kvantového provázání. Tento výkon může pomoci zpřesnit tyto hodiny natolik, že se začnou blížit základní hranici přesnosti stanovené kvantovou mechanikou, píše server New Atlas.

Atomové hodiny měří čas pomocí měření vibrací atomů, které jsou neuvěřitelně stabilní a předvídatelné. Například atom cesia-133 kmitne přesně 9 192 631 770krát za sekundu a toto číslo se od roku 1967 používá k oficiální definici sekundy a stanovuje národní a mezinárodní standardy pro měření času.

Vždy je však co zlepšovat. Optické atomové hodiny, které využívají viditelné světlo a atomy jako ytterbium, mají potenciál překonat cesiové atomové hodiny a nyní oxfordští fyzikové ukázali, jak je ještě zpřesnit. K tomu je zapotřebí využít strašidelný kvantový jev zvaný kvantové provázání.

Částice se mohou vzájemně proplést natolik, že měření nebo změna jedné z nich okamžitě ovlivní jejího partnera bez ohledu na to, jak daleko od sebe mohou být. Teoreticky by se obě částice mohly nacházet na opačných stranách vesmíru, a přesto by se okamžitě ovlivnily. Tato myšlenka samotného Einsteina velmi zneklidnila, ale již několik desetiletí je experimentálně potvrzena.

Fyzici z MIT již dříve využili kvantové provázání ke zlepšení přesnosti atomových hodin tím, že v rámci jednoho zařízení propletli mračno atomů. Nyní oxfordský tým vzájemně propojil dvoje samostatné atomové hodiny, a to z druhého konce místnosti.

Každé z atomových hodin obsahovaly jeden iont stroncia. Laserový paprsek je rozdělen na dvě části, poté je každý paprsek modulován naprosto stejným způsobem, než je vyslán do každých z atomových hodin, aby zasáhl ionty stroncia. Tím se vytvoří kvantové provázání mezi ionty, přestože jsou od sebe vzdáleny 2 m.

Konečným výsledkem je první kvantová síť provázaných atomových hodin, která by mohla být použita k přesnějšímu měření času než kdykoli předtím. Výzkumníci snížili nejistotu měření na dvojnásobek.

Tým tvrdí, že entanglované sítě atomových hodin by mohly překonat standardní kvantový limit (SQL), který vzniká v důsledku náhodných kvantových fluktuací, jež narušují měření. Při překročení této hranice by se přesnost mohla začít blížit Heisenbergově mezeře, což je pevná hranice stanovená samotnými zákony kvantové fyziky.

Ta je však stále nedosažitelná s konkrétním použitým zařízením, které bylo navrženo pro experimenty s kvantovými počítači. Podle týmu by specializovaná síť kvantově provázaných atomových hodin mohla začít zkoumat hlavní fyzikální záhady, jako jsou fundamentální konstanty a dokonce temná hmota.

Zdroj: newatlas.com, nature.com