Вченим вдалося досягти квантової заплутаності між двома атомними годинниками. Це допоможе нам розкрити секрети Всесвіту

Це не єдиний матеріал, який можна використовувати в атомному годиннику: так, дослідники можуть досліджувати час за допомогою атомів рубідію, кальцію, стронцію. Головна вимога — щоб атоми були нечутливими до магнітних, електричних і електромагнітних полів, тобто не піддавалися будь-якому зовнішньому впливу.

Минулого року дві незалежні одна від одної команди фізиків з Університету Колорадо та Токійського університету зробили наступний крок у розвитку атомного годинника, створивши годинник з оптичною решіткою. Потенційно це дозволить вченим визначити секунду з максимально можливою точністю та відкриває багато інших наукових можливостей.

Спектр застосування атомного годинника насправді дуже широкий, хоча зазвичай ми про нього практично не чуємо. Наприклад, навігація, адже системи GPS визначають відстань за часом, за який сигнал від певної точки Землі досягає супутника. Або відстеження транзакцій на фондовому ринку. Міноборони США також планує використовувати атомний годинник для вдосконалення систем хронометражу та потенційної заміни GPS, адже супутниковий сигнал доступний не на кожній точці планети.

Що зробили вчені з Оксфорду?

Вченим з Оксфордського університету вдалося досягти квантової заплутаності між парою окремих квантових годинників, які були за два метри один від одного. Їхнє дослідження вже пройшло наукове рецензування й опубліковане в журналі Nature.

Квантова заплутаність — це те, що Ейнштейн називав «примарною дією на відстані». Термін означає взаємозалежність квантових станів двох об'єктів — тобто якщо щось відбувається з одним атомом, це миттєво впливає на інший атом, незалежно від відстані та будь-якого видимого зв’язку між ними.

Потенційно це дає можливість досягти межі Гейзенберга, тобто максимально можливої точності, яка допускається квантовою теорією.

«Щоб виміряти дуже невеликі зміни у відносних атомних частотах між двома атомами в різних місцях, нам потрібна дуже висока точність вимірювань. Існує межа точності вимірів незалежних систем. Заплутаність може бути використана для подолання цієї межі до „граничної межі“, яка допускається квантовою теорією», — пояснює Бетан Ніколс, один із авторів дослідження, в інтерв'ю Motherboard.

Звучить страшно та незрозуміло, але насправді все не так погано.

Зараз вчені, щоб отримати максимально точні виміри, синхронізують між собою результати досліджень, які використовують різні атомні годинники.

Якщо спростити, то якщо один атомний годинник міг розрахувати точну секунду, то заплутана пара атомного годинника розрахує його з точністю до аттосекунд (10^-18 сек). Фактично, такий атомний годинник дозволить дослідникам вийти за традиційні межі вимірювань.

Чому це важливо?

Це не перша пара заплутаного атомного годинника, проте два метри — це абсолютний рекорд, який, як запевняють вчені, можна буде ще раз оновити вже зовсім скоро. Ба більше, в теорії немає жодних обмежень на кількість атомних годинників, які можна буде додати до цієї мережі.

Точніший вимір часу дасть нам можливість наблизитися до розгадки фундаментальних загадок Всесвіту. Наприклад, мережа заплутаного атомного годинника дозволить вченим виявляти гравітаційні хвилі — «луну» від найпотужніших космологічних аварій на кшталт зіткнення двох чорних дір.

Крім того, дослідники вже давно розраховують використовувати атомний годинник для пошуку темної матерії — загадкового компонента космосу, який не дає звичайній матерії розлетітися в різні кінці Всесвіту через її постійне розширення. Як пояснюють американські фізики, в разі зустрічі синхронізованих на квантовому рівні атомного годинника з темною матерією їхній зв’язок розірветься.

Теоретично, якщо цей космічний компонент дійсно існує (більшість вчених у цьому не сумнівається, хоча є і скептики) то мережа з заплутаних атомних годинників може бути ідеальним детектором темної матерії. Крім того, навіть якщо вченим не вдасться використовувати їх у такій ролі, у нас залишається величезна кількість потенційних застосувань надточного атомного годинника.