Квантовая запутанность делает атомные часы еще более точными

Физики проверили точность измерений атомных часов в лаборатории и показали, что особый способ создания запутанности квантовых частиц с помощью сжатого квантового состояния можно использовать для дальнейшего повышения точности измерений часов. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Квантовая запутанность — это особое состояние, когда две или более частицы становятся связанными друг с другом настолько тесно, что их поведение становится неразделимым. В квантовой механике частицы могут находиться во всех возможных состояниях одновременно. Когда они запутываются, их состояния становятся взаимосвязанными. Это означает, что изменение состояния одной частицы мгновенно влияет на состояние другой частицы, даже если они находятся на больших расстояниях друг от друга. Квантовая запутанность играет важную роль в различных областях, таких как квантовые вычисления, криптография и точные измерения. Метрологические учреждения по всему миру управляют нашим временем, используя атомные часы, основанные на естественных колебаниях атомов. Эти часы очень важны для спутниковой навигации и передачи данных. В данном исследовании ученые использовали квантовую запутанность для улучшения точности оптических атомных часов.

Исследователи использовали лазеры, чтобы настроить взаимодействие ионов, выстроенных в вакуумной камере, и запутать их друг с другом. Сила взаимодействия между соседними частицами уменьшается с увеличением расстояния между частицами. Ученые использовали спин-обменные взаимодействия, чтобы позволить системе вести себя более единообразно. Таким образом, все частицы в цепочке были запутаны друг с другом и создавали так называемое сжатое квантовое состояние, которое позволило уменьшить ошибки измерений.

Физики смогли показать, что ошибки измерений можно уменьшить примерно вдвое, запутывая 51 ион по отношению к отдельным частицам. Это означает, что квантовая запутанность делает датчики еще более чувствительными.

Этот новый метод может быть применен в оптических атомных часах, которые используются для управления временем во всем мире. Улучшение точности измерений может привести к развитию более точных часов, которые будут полезны в различных областях, включая спутниковую навигацию, передачу данных и поиск темной материи.