Fizycy opracowali nowy sposób pomiaru upływu czasu. Kwantowy zegar przyda się do budowy komputerów

Fizycy opracowali nowy sposób pomiaru upływu czasu. Okazuje się, że w skali kwantowej, nie zawsze daje się łatwo odróżnić “wtedy” od “teraz”.
Opracowano prawdziwy kwantowy zegar /Fot. Pixabay

Opracowano prawdziwy kwantowy zegar /Fot. Pixabay

Zespół uczonych ze szwedzkiego Uniwersytetu w Uppsali pod lupę wziął tzw. atomy rydbergowskie. Są to takie atomy, w których przynajmniej jeden elektron został wzbudzony do wysokiego poziomu energetycznego. Nazwę zawdzięczają Johannesowi Rydbergowi, szwedzkiemu fizykowi, który zajmował się badaniem emisji promieniowania przez atomy.

Czytaj też: Fizyka kwantowa – siedem faktów, które warto znać

Wprowadzanie atomów w stany rydbergowskie (robi się to przy użyciu laserów) to cenna sztuczka dla inżynierów zajmujących się projektowanie komputerów kwantowych. Fizycy mają całkiem dobre pojęcie o tym, jak elektrony poruszają się po wprowadzeniu w stan rydbergowski. Ich ruchy nie są podobne do koralików przesuwających się na liczydle, a bardziej do ruletki. Matematyczny zbiór zasad stojących za tą “grą” jest określany jako pakiet fal rydbergowskich.

Kwantowy zegar

Gdy atom ma więcej niż jeden pakiet fal rydbergowskich, może powodować to interferencję, w wyniku której powstają unikalne wzory.

Wrzuć wystarczającą ilość pakietów fal Rydberga do tego samego stawu atomowego, a każdy z tych unikalnych wzorów będzie reprezentował odrębny czas potrzebny pakietom fal, aby ewoluować zgodnie ze sobą.czytamy w pracy

Szwedzcy fizycy przeprowadzili eksperymenty wzbudzania laserem atomów helu, które potwierdzają, że atomy rydbergowskie są spójne i mogą służyć jako forma kwantowego znacznika czasu.

Jeśli używasz licznika, musisz zdefiniować zero. Zaczynasz liczyć w pewnym momencie. Korzyść z tego jest taka, że nie musisz uruchamiać zegara – po prostu patrzysz na strukturę interferencyjną i mówisz “ok, minęły 4 nanosekundy”.Dr Marta Berholts z Uniwersytetu w Uppsali

Technika ta mogłaby być używana w połączeniu z innymi formami spektroskopii, które dokonują pomiary w małej skali. Sygnatury interferujących stanów rydbergowskich w próbce atomów z sondą, można zaobserwować znacznik czasu dla zdarzeń tak ulotnych, jak zaledwie 1,7 bilionowej części sekundy.

W przyszłych eksperymentach hel można by zastąpić innymi atomami, a nawet wykorzystać impulsy laserowe o różnych energiach. Więcej można przeczytać w czasopiśmie Physical Review Research.