
全球各地的计量机构利用基于原子的自然振荡现象管理我们的时间。这些对于卫星导航或数据传输等应用至关重要的时钟,最近通过使用光学原子时钟中越来越高的振荡频率得到了改进。
现在,由奥地利科学院量子光学和量子信息学研究所(IQOQI)的大学里斯本大学和奥地利科学院(IQOQI)的Christian Roos领导的研究人员展示了一种特定的创建纠缠方法如何可以用来进一步提高光学原子钟功能的关键测量的准确性。
量子系统的观测结果总是受到一定的统计不确定性的影响。Christian Roos的团队的Johannes Franke解释说:“这是由于量子世界的本质所致。纠缠可以帮助我们减小这些误差。”
在美国博尔德市JILA的理论物理学家Ana Maria Rey的支持下,因斯布鲁克物理学家在实验室中对一组纠缠粒子的测量精度进行了测试。研究人员使用激光来调节排列在真空室中的离子之间的相互作用并使它们纠缠在一起。
因斯布鲁克大学理论物理系的Raphael Kaubrügger解释说:“相邻粒子之间的相互作用随着粒子间的距离而减少。因此,我们使用自旋交换相互作用来使系统行为更加集体。”
因此,链中的所有粒子都与彼此纠缠,并产生所谓的压缩量子态。利用这一点,物理学家们能够证明通过将51个离子纠缠与单个粒子相比,可以将测量误差减少约一半。以前,纠缠增强感应主要依赖于无限的相互作用,限制了其应用范围仅适用于某些量子平台。
更准确的时钟
凭借他们的实验,因斯布鲁克的量子物理学家证明了量子纠缠使传感器更加敏感。Christian Roos说:“我们在实验中使用了光学跃迁,这也是原子钟中使用的技术。”这项技术可以改进当前使用原子钟的卫星导航或数据传输等领域。此外,这些先进的钟表可能为搜寻暗物质或确定基本常数的时间变化等追求开启新的可能性。