オックスフォード大学の物理学者は、量子エンタングルメントを使用して 2 つの原子時計を接続することに初めて成功しました。この進歩により、これらの時計が非常に正確になり、量子力学によって設定された精度の基本的な限界に近づき始める可能性があります。
原子時計は、信じられないほど安定して予測可能な原子の振動パターンを測定することで時間を刻みます。
たとえば、セシウム 133 原子は 1 秒間に正確に 9,192,631,770 回振動し、この数値は 1967 年以来、公式に秒を定義するために使用されており、国内および国際的な計時基準を設定しています。
しかし、改善の余地は常にあります。可視光とイッテルビウムなどの原子を使用する光原子時計は、セシウム原子時計よりも優れた性能を発揮する可能性があり、現在、物理学者はそれらをさらに正確にする方法を示しています。これを行うには、量子エンタングルメントと呼ばれる異常な量子現象を使用する必要があります。
粒子が互いに絡み合い、粒子の 1 つを測定または変更すると、粒子がどれだけ離れていても、そのパートナーに即座に影響を与えることがあります。
理論的には、2 つの粒子が宇宙の反対側にあり、同時に互いに影響を与えることができます。ご存知のように、この考えはアインシュタイン自身を動揺させましたが、何十年にもわたって実験的に確認されていました。
マサチューセッツ工科大学 (MIT) の物理学者は以前、量子もつれを使用して原子時計の精度を向上させ、単一のデバイス内で原子の雲をもつれさせました。現在、オックスフォードのチームは、2 つの別々の原子時計を部屋の向こう側で互いに絡み合わせています。
各原子時計には、ストロンチウム イオンが 1 つ含まれていました。次に、レーザー ビームが 2 つの部分に分割され、各ビームがまったく同じ方法で変調されてから、原子時計に送られ、ストロンチウム イオンに衝突します。これにより、2 メートル離れていても、イオン間に量子もつれが生じます。
最終結果は、これまで以上に正確に時間を測定するために使用できる、複雑な原子時計の最初の量子ネットワークでした。研究者は測定誤差を半分に減らしました。
実際、原子時計の複雑なネットワークは、測定を妨げるランダムな量子ゆらぎに起因する標準の量子限界 (SQL) を超える可能性があると彼らは言います。
さらに、精度はハイゼンベルグ限界に近づき始める可能性があります。ハイゼンベルグ限界は、まさに量子物理学の法則によって設定されたハード限界です。
ただし、これは、量子コンピューティング実験用に設計された、使用されている特定のセットアップではまだ達成できません。
科学者たちは、量子もつれ原子時計の特殊なネットワークが、基本定数や暗黒物質などの基本的な物理学の謎を探求し始める可能性があると述べています。
私たちの結果は主に原理の証明であり、私たちが達成する絶対精度は最先端技術を数桁下回るものですが、ここで示した方法がいつか現在のシステムを改善することを願っています.この研究の著者である Raghavendra Srinivas 氏は、次のように述べています。
エンタングルメントは、量子論が許す究極の精度への道を提供するため、ある時点でエンタングルメントが必要になります。
この研究は、Nature 誌に掲載されました。
2022-09-11 16:16:38
著者: Vitalii Babkin