Zacznijmy jednak od początku. JILA od lat wiódł prym w zakresie pomiarów czasu z użyciem zegarów atomowych. Te są niezwykle precyzyjne, co wynika z nowatorskiego podejścia do liczenia czasu. Jak ono wygląda? Chodzi o określone częstotliwości rezonansowe atomów, dzięki którym wykonuje się pomiary z ogromną dokładnością. Zazwyczaj naukowcy korzystają z cezu lub rubidu, natomiast elementy elektroniczne takich zegarów regulowane są częstotliwością mikrofalowego promieniowania elektromagnetycznego.
Czytaj też: Nowatorskie materiały powstają atom po atomie. Tych kwantowych klocków LEGO nie układa człowiek
Niestety zegary atomowe mają pewne ograniczenia, a jednym z największych jest tzw. szum projekcji kwantowej. Fizycy postanowili poszukać sposobów na zwalczenie tych trudności i wygląda na to, że taka sztuka im się udała. O kulisach przeprowadzonych eksperymentów piszą teraz na łamach Nature Physics. Do uzyskania zwiększonej stabilności członkowie zespołu badawczego skorzystali ze zjawiska splątania kwantowego.
Pojawia się pytanie: jakich praktycznych korzyści mogą dostarczyć te postępy? Niekoniecznie przydadzą się w życiu codziennym, gdzie tak ogromny stopień precyzji po prostu nie jest wymagany, ale już w kontekście zaawansowanych badań naukowych będą miały rację bytu. Skorzystają na tym naukowcy zajmujący się badaniem podstawowych zasad fizyki, ulepszaniem nawigacji czy poszukiwaniem fal grawitacyjnych.
Zegary atomowe mogą być wykorzystywane na przykład do badania podstawowych praw fizyki czy poszukiwania fal grawitacyjnych
Wspomniany szum projekcji kwantowej, a w zasadzie jego wpływ na dokładność pomiarów, trzeba było zwalczyć. Badacze uznali, iż splątanie kwantowe mogłoby być remedium. Pomogło ściskanie spinowe, w którym stany kwantowe atomów są delikatnie regulowane. Dzięki temu można ograniczyć niepewność w jednym kierunku, zwiększając ją w innym. Co ciekawe, wcześniej podobne podejście zastosowano w interferometrze LIGO, służącym do wykrywania fal grawitacyjnych.
Chcąc doprowadzić do ściskania spinowego, naukowcy stworzyli konfigurację złożoną z pionowej, ruchomej sieci 1D przecinającej się z wnęką optyczną. Następnie wykorzystali wiązki laserowe siatki do przesuwania grup atomów w górę i w dół, a część tych grup wchodziła aż do wnęki. Ściśnięte spinowo splątane stany kwantowe zapewniały obniżone ryzyko wystąpienia szumu projekcji kwantowej. Siatka zachowująca się w sposób podobny do windy pozwoliła na stworzenie drugiej grupy takich stanów.
Czytaj też: Fizycy głowili się nad tym ponad 100 lat. Wreszcie przewidzieli temperaturę topnienia
Później przyszła pora na analizę podgrup atomowych zlokalizowanych we wnęce. Naukowcy porównywali ich wydajność wykonując naprzemienne pomiary czasu wskazywanego przez każdą ściśniętą spinowo podgrupę. Jaki był ostateczny wniosek? Jak wyjaśniają autorzy publikacji, udało im się wykazać, że para zegarów ze ściskaniem spinowym działała lepiej niż para zegarów klasycznych pod względem stabilności, wykazując w tym zakresie około 25-procentową poprawę. Co więcej, to wciąż jedynie wstępny wynik, który zapewne będzie dalej śrubowany.
