Physikern der Universität Oxford ist es erstmals gelungen, zwei Atomuhren mittels Quantenverschränkung miteinander zu verbinden. Dieser Fortschritt könnte dazu beitragen, diese Uhren so genau zu machen, dass sie sich der grundlegenden Genauigkeitsgrenze der Quantenmechanik nähern.
Atomuhren halten die Zeit, indem sie atomare Schwingungsmuster messen, die unglaublich stabil und vorhersagbar sind.
Beispielsweise vibriert ein Cäsium-133-Atom genau 9.192.631.770 Mal pro Sekunde, und diese Zahl wird seit 1967 zur offiziellen Definition der Sekunde verwendet und setzt nationale und internationale Zeitmessstandards.
Aber es gibt immer Raum für Verbesserungen. Optische Atomuhren, die sichtbares Licht und Atome wie Ytterbium verwenden, haben das Potenzial, Cäsium-Atomuhren zu übertreffen, und jetzt haben Physiker gezeigt, wie man sie noch genauer machen kann. Dazu müssen Sie ein ungewöhnliches Quantenphänomen namens Quantenverschränkung verwenden.
Manchmal können sich Partikel so miteinander verflechten, dass das Messen oder Ändern eines von ihnen sofort seinen Partner beeinflusst, egal wie weit sie voneinander entfernt sein mögen.
Theoretisch können sich zwei Teilchen auf gegenüberliegenden Seiten des Universums befinden und sich gleichzeitig sofort gegenseitig beeinflussen. Diese Idee hat, wie Sie wissen, Einstein selbst verunsichert, wurde aber jahrzehntelang experimentell bestätigt.
MIT-Physiker haben zuvor die Quantenverschränkung verwendet, um die Genauigkeit von Atomuhren zu verbessern, indem sie eine Atomwolke in einem einzigen Gerät verschränkten. Jetzt hat das Oxford-Team zwei separate Atomuhren quer durch den Raum miteinander verheddert.
Jede der Atomuhren enthielt ein Strontiumion. Als nächstes wird der Laserstrahl in zwei Teile geteilt, dann wird jeder Strahl auf genau die gleiche Weise moduliert und dann zur Atomuhr gesendet, um das Strontiumion zu treffen. Dadurch entsteht eine Quantenverschränkung zwischen den Ionen, selbst wenn sie 2 Meter voneinander entfernt sind.
Das Endergebnis war das erste Quantennetzwerk komplizierter Atomuhren, mit denen die Zeit genauer denn je gemessen werden konnte. Die Forscher reduzierten den Messfehler um die Hälfte.
Tatsächlich sagen sie, dass die komplizierten Netzwerke von Atomuhren die Standardquantengrenze (SQL) überschreiten können, was aus zufälligen Quantenfluktuationen resultiert, die Messungen stören.
Darüber hinaus kann sich die Genauigkeit der Heisenberg-Grenze nähern, einer harten Grenze, die durch die Gesetze der Quantenphysik selbst festgelegt ist.
Dies ist jedoch für den verwendeten spezifischen Aufbau, der für Quantencomputing-Experimente konzipiert wurde, immer noch nicht erreichbar.
Wissenschaftler sagen, dass ein spezialisiertes Netzwerk von quantenverschränkten Atomuhren damit beginnen könnte, grundlegende physikalische Geheimnisse wie fundamentale Konstanten und sogar dunkle Materie zu erforschen.
Obwohl unser Ergebnis weitgehend ein Beweis des Prinzips ist und die absolute Genauigkeit, die wir erreichen, mehrere Größenordnungen unter dem Stand der Technik liegt, hoffen wir, dass die hier gezeigten Methoden eines Tages aktuelle Systeme verbessern können. sagte Raghavendra Srinivas, Autor der Studie.
Irgendwann werden wir die Verschränkung brauchen, da sie einen Weg zur ultimativen Präzision bietet, die die Quantentheorie zulässt.
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
2022-09-11 16:16:38
Autor: Vitalii Babkin