Физики «обратили время вспять», чтобы измерить квантовые колебания атомов

Исследователи использовали квантовую запутанность, чтобы «обратить время вспять», усилить и измерить квантовые колебания атомов. Новая техника повысит точность атомных часов и квантовых датчиков для обнаружения темной материи или гравитационных волн.

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.

Камера установки с ультрахолодными атомами иттербия. Фото: Simone Colombo, MIT

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.

Лазерная установка, использованная для запутывания и распутывания атомов. Фото: Simone Colombo, MIT

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

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Посмотрите, что будет с вами при падении в черную дыру
Новости
Сибирские «врата в подземный мир» растут: что происходит в Батагайке
Новости
Оказалось, в прошлом Марс был больше похож на Землю, чем все думали
Наука
Крепость римских легионеров, которой 2000 лет, нашли рядом с собором
Наука
Терапия светом помогла при травмах позвоночника
Наука
Робот-гуманоид с электроприводом может работать вслепую
Новости
Вакцина заставляет иммунитет бороться с раком мозга, показали испытания на людях
Наука
Вольфрамовый токамак WEST удерживал плазму в течение рекордных 6 минут
Наука
Посмотрите, как робопес, обученный ИИ, балансирует на гимнастическом шаре
Новости
Генная терапия улучшила зрение у людей с наследственной слепотой
Наука
Перед презентацией Apple появились подробности о новых iPad Pro и iPad Air
Новости
Астрономы наблюдали свет вокруг гигантских черных дыр, образовавшихся вскоре после Большого взрыва
Наука
В мозге человека нашли «нейронный компас», который помогает определять направление
Наука
Электричество получили из влаги в воздухе с помощью бактериальных «проводов»
Наука
Разработана вакцина, которая защищает от коронавирусов будущего
COVID-19
Ограничения в работе TikTok не повлияли на популярность социальной сети
Новости
Исчезновение «щита» от солнечной радиации совпало с рассветом жизни на Земле 590 млн лет назад
Наука
Крошечные «бессмертные» черные дыры могут заполнять Вселенную и объяснять темную материю
Наука
Ученые впервые наблюдали, как орангутанг занимается самолечением
Наука
SpaceX не смогла скрыть полет ракеты над Россией: в сети публикуют фото
Космос