Físicos da Universidade de Oxford conectaram pela primeira vez com sucesso dois relógios atômicos usando entrelaçamento quântico. Esse avanço pode ajudar a tornar esses relógios tão precisos que começam a se aproximar do limite fundamental de precisão estabelecido pela mecânica quântica.
Os relógios atômicos mantêm o tempo medindo padrões de vibração atômica que são incrivelmente estáveis e previsíveis.
Por exemplo, um átomo de césio-133 vibrará exatamente 9.192.631.770 vezes por segundo, e esse número foi usado para definir oficialmente o segundo desde 1967, estabelecendo padrões nacionais e internacionais de cronometragem.
Mas sempre há espaço para melhorias. Relógios atômicos ópticos usando luz visível e átomos como itérbio têm o potencial de superar os relógios atômicos de césio, e agora os físicos mostraram como torná-los ainda mais precisos. Para fazer isso, você precisa usar um fenômeno quântico incomum chamado emaranhamento quântico.
Às vezes, as partículas podem ficar tão entrelaçadas umas com as outras que medir ou alterar uma delas afetará instantaneamente seu parceiro, não importa quão distantes estejam.
Teoricamente, duas partículas podem estar em lados opostos do Universo e ao mesmo tempo afetar instantaneamente uma à outra. Essa ideia, como você sabe, enervou o próprio Einstein, mas foi confirmada experimentalmente por décadas.
Os físicos do MIT usaram anteriormente o emaranhamento quântico para melhorar a precisão dos relógios atômicos ao emaranhar uma nuvem de átomos em um único dispositivo. Agora, a equipe de Oxford emaranhou dois relógios atômicos separados um com o outro do outro lado da sala.
Cada um dos relógios atômicos continha um íon de estrôncio. Em seguida, o feixe de laser é dividido em duas partes, então cada feixe é modulado exatamente da mesma maneira e, em seguida, enviado ao relógio atômico para atingir o íon de estrôncio. Isso cria um emaranhamento quântico entre os íons, mesmo que estejam a 2 metros de distância.
O resultado final foi a primeira rede quântica de intrincados relógios atômicos que poderiam ser usados para medir o tempo com mais precisão do que nunca. Os pesquisadores reduziram o erro de medição pela metade.
Na verdade, eles dizem que as intrincadas redes de relógios atômicos podem exceder o limite quântico padrão (SQL), que resulta de flutuações quânticas aleatórias que interferem nas medições.
Além disso, a precisão pode começar a se aproximar do limite de Heisenberg, um limite rígido estabelecido pelas próprias leis da física quântica.
No entanto, isso ainda não é possível para a configuração específica usada, projetada para experimentos de computação quântica.
Os cientistas dizem que uma rede especializada de relógios atômicos emaranhados quânticos pode começar a explorar mistérios básicos da física, como constantes fundamentais e até matéria escura.
Embora nosso resultado seja em grande parte uma prova de princípio, e a precisão absoluta que alcançamos seja várias ordens de magnitude abaixo do estado da arte, esperamos que os métodos mostrados aqui possam um dia melhorar os sistemas atuais. disse Raghavendra Srinivas, autor do estudo.
Em algum momento, precisaremos de emaranhamento, pois ele fornece um caminho para a precisão máxima permitida pela teoria quântica.
O estudo foi publicado na revista Nature.
2022-09-11 16:16:38
Autor: Vitalii Babkin