옥스포드 대학의 물리학자들은 양자 얽힘을 사용하여 두 개의 원자 시계를 처음으로 성공적으로 연결했습니다. 이러한 발전은 이러한 시계를 매우 정확하게 만들어 양자 역학에 의해 설정된 정밀도의 근본적인 한계에 접근하기 시작하도록 도울 수 있습니다.
원자 시계는 믿을 수 없을 정도로 안정적이고 예측 가능한 원자 진동 패턴을 측정하여 시간을 유지합니다.
예를 들어, 세슘-133 원자는 초당 정확히 9,192,631,770번 진동하며 이 숫자는 1967년 이후 공식적으로 초를 정의하는 데 사용되어 국내 및 국제 시간 측정 표준을 설정했습니다.
그러나 항상 개선의 여지가 있습니다. 가시광선과 이테르븀과 같은 원자를 사용하는 광학 원자 시계는 세슘 원자 시계를 능가할 가능성이 있으며 이제 물리학자들은 이 시계를 훨씬 더 정확하게 만드는 방법을 보여주었습니다. 이를 위해서는 양자 얽힘이라는 특이한 양자 현상을 사용해야 합니다.
때로는 입자가 서로 너무 얽혀서 측정하거나 변경하면 멀리 떨어져 있더라도 파트너에게 즉시 영향을 미칠 수 있습니다.
이론적으로 두 입자는 우주의 반대편에 있을 수 있으며 동시에 서로 즉시 영향을 미칩니다. 아시다시피 이 아이디어는 아인슈타인 자신을 불안하게 했지만 수십 년 동안 실험적으로 확인되었습니다.
MIT 물리학자들은 이전에 단일 장치에서 원자 구름을 얽힘으로써 원자 시계의 정확도를 향상시키기 위해 양자 얽힘을 사용했습니다. 이제 옥스포드 팀은 방을 가로질러 서로 다른 두 개의 원자 시계를 엉켰습니다.
각 원자 시계에는 하나의 스트론튬 이온이 포함되어 있습니다. 다음으로, 레이저 빔은 두 부분으로 분할되고 각 빔은 정확히 같은 방식으로 변조된 다음 원자 시계로 보내져 스트론튬 이온을 공격합니다. 이것은 2미터 떨어져 있더라도 이온 사이에 양자 얽힘을 생성합니다.
최종 결과는 시간을 그 어느 때보다 정확하게 측정하는 데 사용할 수 있는 최초의 복잡한 원자 시계 양자 네트워크였습니다. 연구원들은 측정 오류를 절반으로 줄였습니다.
실제로 그들은 원자 시계의 복잡한 네트워크가 표준 양자 한계(SQL)를 초과할 수 있다고 말합니다. 이는 측정을 방해하는 무작위 양자 변동으로 인해 발생합니다.
또한 정확도는 양자 물리학의 법칙에 의해 정해진 엄격한 한계인 하이젠베르크 한계에 접근하기 시작할 수 있습니다.
그러나 이것은 양자 컴퓨팅 실험을 위해 설계된 특정 설정에 대해서는 여전히 달성할 수 없습니다.
과학자들은 양자 얽힌 원자 시계의 전문 네트워크가 기본 상수 및 암흑 물질과 같은 기본 물리학 신비를 탐구하기 시작할 수 있다고 말합니다.
우리의 결과는 대부분 원리 증명이고 우리가 달성한 절대 정확도는 최신 기술보다 몇 배나 낮지만 여기에 표시된 방법이 언젠가는 현재 시스템을 개선할 수 있기를 바랍니다. 연구의 저자인 Raghavendra Srinivas는 말했습니다.
어느 시점에서 우리는 얽힘이 필요하게 될 것입니다. 왜냐하면 그것이 양자 이론이 허용하는 궁극의 정밀도에 이르는 길을 제공하기 때문입니다.
이번 연구는 네이처 저널에 게재됐다.
2022-09-11 16:16:38
작가: Vitalii Babkin