mjerenje vremena
© in-future/Getty Images
Obilježavanje protoka vremena u svijetu otkucaja satova i klatna je jednostavan primjer brojanja sekundi između tada i sada. Međutim, na kvantnom nivou, zujanje elektrona "tada" ne može se uvijek predvidjeti. Što je još gore, "sada" se često zamagljuje u maglu neizvjesnosti. Za neke scenarije, štoperica jednostavno neće raditi. Potencijalno rješenje može se naći u samom obliku kvantne magle, smatraju naučnici sa Univerziteta Upsala u Švedskoj.

Njihovi eksperimenti o talasnoj prirodi takozvanog Rydbergovog stanja otkrili su novi način mjerenja vremena koji ne zahtijeva preciznu referentnu tačku.

Rydbergovi atomi su prenapuhani baloni carstva čestica. Razneseni laserima umjesto zraka, ovi atomi sadrže elektrone u izuzetno visokim energetskim stanjima koji se okreću daleko od jezgra. Naravno, ne mora svaka laserska pumpa da raznese atom do crtanih razmjera. U stvari, laseri se rutinski koriste za pretvaranje elektrona u stanja više energije u različite svrhe.

U nekim slučajevima, drugi laser se može koristiti za promatranje promjena u položaju elektrona, uključujući i vrijeme. Ove tehnike pumpe i sonde mogu se koristiti, na primjer, za mjerenje brzine određene ultrabrze elektronike.

Uvođenje atoma u Rydbergova stanja je zgodan trik za inženjere, ne samo kada je u pitanju dizajniranje novih komponenti za kvantne računare. Podrazumeva se da su fizičari prikupili znatnu količinu informacija o tome kako se elektroni kreću kada su gurnuti u Rydbergovo stanje.

Međutim, njihovi pokreti su manje kao perla koja klizi niz mali abakus, a više kao večer za rulet stolom, gdje se svaki pokret i odbijanje loptice zbija u jednu kocku. Matematički pravilnik koji stoji iza ove divlje igre Rydberg E-Roulette se zove Rydberg Wave Packet.

Slično pravim talasima u ribnjaku, prisustvo više Rydbergovih talasnih paketa koji pulsiraju u svemiru stvara smetnje, što rezultira jedinstvenim obrascima talasanja. Bacite dovoljno Rydbergovih talasnih paketa u isto atomsko jezero, i svaki od ovih jedinstvenih obrazaca će predstavljati količinu vremena koja je potrebno da talasni paketi evoluiraju jedan s drugim.

Upravo su te vremenske otiske fizičari koji stoje iza ove najnovije serije eksperimenata odlučili testirati, pokazujući da su dovoljno konzistentni i pouzdani da služe kao oblik kvantnog vremenskog žigosanja. Njihovo istraživanje uključivalo je mjerenje rezultata laserske ekscitacije atoma helijuma i poređenje rezultata sa teorijskim predviđanjima kako bi se pokazalo kako njihovi rezultati mogu postojati tokom vremena.

"Ako koristite brojač, morate definirati nulu. U određenom trenutku počinjete da brojite, objasnila je za New Scientist fizičarka Marta Berholz sa Univerziteta Upsala u Švedskoj, koja je vodila tim. "Prednost ove metode je u tome što možete predvidjeti šta će se dogoditi u budućnosti i nije vam potrebno da pokrenete sat - samo pogledate uzorak interferencije i kažete: 'U redu, prošlo je 4 nanosekunde'."

Rydbergov priručnik o evoluirajućim talasnim paketima može se koristiti zajedno s drugim oblicima spektroskopije sonde pumpe koji mjere događaje na minutnoj skali koji su povremeno manje razumljivi ili jednostavno previše nezgodni za mjerenje.

Važno je da nijedan od otisaka ne zahtijeva "tada" i "sada" da posluži kao početna i završna tačka vremena. To je kao da mjerite trčanje nepoznatog sprintera na pozadini nekoliko takmičara koji trče određenom brzinom. Tražeći potpis ometajućih Rydbergovih stanja među uzorkom atoma sonde, tehničari mogu uočiti vremensku oznaku za događaje od samo 1,7 triliontinke sekunde.

Budući eksperimenti na kvantnom satu mogli bi zamijeniti helijum drugim atomima, ili čak koristiti laserske impulse različitih energija kako bi proširili referencu vremenske oznake za širi raspon uslova.