科学家建立了一个理论框架，使原子钟有望揭示不同时间流速同时存在的量子效应。

将原子钟仅抬高几毫米，其走时就会略快，因为较高位置的引力更弱。当前最精确的原子钟能够探测到这一微小差异，从而验证爱因斯坦相对论的预测。量子物理则给出更特殊的可能性：单个时钟可以处于不同运动的叠加态，并可能同时经历多个时间流速。

科学家现已提出一种理论方法，利用先进原子钟探测这些不同时间流速的量子效应。该研究发表于 Physical Review Letters，展示了囚禁离子钟如何揭示量子力学与相对论之间此前未被观测到的联系。所提方案基于现有实验技术，可使研究人员更接近检验时间在量子世界中的行为。

量子物理如何改变对时间的理解

根据爱因斯坦相对论，时间流逝速率取决于物体速度和引力强度。原子钟的灵敏度足以探测仅几毫米高度变化引起的差异。原子钟利用精确的原子频率测量时间，是 GPS 等技术的基础。

量子力学引入了另一种可能性。原子钟的运动可以处于不同状态的叠加态，从而可能同时受到多个时间流速的影响。在此条件下，时钟运动与其内能发生纠缠，导致其量子特性发生变化；研究人员认为这些变化可以被测量。

探测量子时间的新方法

正是精度要求促使我们建立该理论模型。我们发现，原子钟的运动与其内能发生纠缠。这种纠缠的标志是时钟本身损失部分量子特性，而现代技术可以探测到这些变化，九州大学高等研究院副教授、该研究主要作者之一 Joshua Foo 解释称。

该国际研究团队由九州大学科学家领导，并与美国、加拿大和瑞典的合作者共同开发了一种精确控制囚禁离子运动的理论方法。这可显著提高该量子效应的可探测性。

我们引入了一种控制原子钟运动的新技术，使对该效应的灵敏度提高 100 至 1000 倍。

量子时间的实验检验方向

下一个挑战是将理论框架转化为实验，在考虑真实实验室条件中的扰动与不确定性的同时，可靠探测所预测的量子特征。若成功，该方法可使原子钟成为研究时间量子行为的工具，并可能改进未来时钟技术。

将理论模型转化为现实是下一个重大步骤，设计一个考虑现实不可预测性的详细实验将使我们进一步理解该模型，Foo 总结称。我们还希望探索原子钟最终能否用于探测引力的量子领域，这是物理学中的另一个基本问题。

Gabriel Sorci、Joshua Foo、Dietrich Leibfried、Christian Sanner 与 Igor Pikovski，《Quantum Signatures of Proper Time in Optical Ion Clocks》，Physical Review Letters，2026年4月20日，DOI: 10.1103/qhj9-pc2b