Физики из Массачусетского технологического института разработали метод манипулирования квантово запутанными атомами таким образом, что частицы вели себя так, как если бы они двигались в обратном направлении во времени. Раскручивание «ленты времени» назад усиливало изменения в колебаниях и упрощало измерения.
В исследовании, опубликованном в Nature Physics, ученые изучили 400 ультрахолодных атомов иттербия, одного из двух типов атомов, используемых в современных атомных часах. Они охладили атомы чуть выше абсолютного нуля. При такой температуре большинство классических эффектов, таких как тепло, исчезают, а поведение атомов определяется исключительно квантовыми эффектами.
Ученые использовали систему лазеров для захвата атомов, а затем посылали «запутывающий» свет с голубоватым оттенком, который заставлял атомы колебаться в коррелированном состоянии. Они позволили запутанным атомам развиваться вперед во времени, а затем подвергли их воздействию небольшого магнитного поля. Оно внесло небольшое квантовое изменение, незначительно сместив коллективные колебания атомов.
Такой сдвиг было бы невозможно обнаружить с помощью существующих инструментов измерения, отмечают исследователи. Вместо этого физики использовали обращение времени, чтобы усилить этот квантовый сигнал. Для этого они послали еще один лазерный луч с красным оттенком, который стимулировал распутывание атомов, как если бы они развивались в обратном направлении во времени.
Команда провела этот эксперимент тысячи раз с облаками от 50 до 400 атомов, каждый раз наблюдая усиление квантового сигнала. Ученые обнаружили, что их запутанная система в 15 раз более чувствительна, чем аналогичные незапутанные атомные системы.
Каждый тип атома вибрирует с постоянной частотой, которая при правильном измерении может служить очень точным маятником, объясняют авторы работы. Но в масштабе одного атома вступают в силу законы квантовой механики, и колебания атома меняются. Только проведя множество измерений атома, ученые получают оценку его реальных вибраций.
Например, в современных атомных часах физики многократно измеряют колебания тысяч ультрахолодных атомов, чтобы увеличить свои шансы на получение точных данных. Используя повышенную чувствительность квантово запутанной системы, можно сократить количество измерений и повысить точность атомных часов и различных датчиков, работающих на основе колебаний атомов.
Изображение на обложке: MIT
Читать далее:
В старейшей миссии «Вояджер 1» произошел странный сбой, который не получается устранить
Телескоп «Джеймс Уэбб» сделал первый снимок Юпитера: на нем сразу 9 двигающихся целей
Ученые нашли «ящик Пандоры» в недрах Земли: энергия оттуда питает жизнь на планете