科學家們發現了一種全新的時間測量方法

在我們滴答作響的時鐘和擺的世界中，確定時間的流逝是一個簡單的例子，即計算“當時”和“現在”之間的秒數。

然而，在嗡嗡作響的電子的量子尺度上，“然后”并不總是可以預測的。更糟糕的是，“現在”常常模糊成模糊的陰霾。秒表在某些情況下根本不起作用。

根據瑞典烏普薩拉大學研究人員 2022 年的一項研究，可以在量子霧本身的形狀中找到潛在的解決方案。

觀看下面的視頻，了解他們的結果摘要;

他們對里德堡態的波狀性質的實驗揭示了一種不需要精確起點的測量時間的新方法。

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里德堡原子是粒子王國過度膨脹的氣球。這些原子用激光而不是空氣膨脹，含有處于極高能狀態的電子，繞軌道遠離原子核。

當然，并不是每個激光泵浦都需要將原子膨化到卡通化的比例。事實上，激光通常用于將電子刺激到更高的能量狀態，用于各種用途。

在某些應用中，第二個激光器可用于監測電子位置的變化，包括時間的流逝。這些 '泵-探頭例如，' 技術可用于測量某些超快電子設備的速度。

將原子誘導成里德堡態是一個工程師的得心應手的技巧，尤其是在設計方面新型組件為量子計算機.不用說，物理學家已經積累了大量關于電子在被推入里德堡態時如何移動的信息。

然而，作為量子動物，它們的動作不像在小算盤上滑動的珠子，而更像是輪盤賭桌上的一個夜晚，球的每一次滾動和跳躍都被擠進了一場機會游戲中。

這種瘋狂的里德堡電子輪盤賭游戲背后的數學規則書被稱為里德堡波包。

就像實際的波一樣，一個空間中有多個里德堡波包在一個空間中蕩漾會產生干擾，從而產生獨特的漣漪模式。

將足夠多的里德堡波包扔進同一個原子池中，這些獨特的模式將分別代表波包相互演化所需的不同時間。

這組實驗背后的物理學家正是這些時間的“指紋”開始測試，表明它們足夠一致和可靠，可以作為量子時間戳的一種形式。

他們的研究包括測量激光激發氦原子的結果，并將他們的發現與理論預測相匹配，以展示他們的標志性結果如何在一段時間內發揮作用。

“如果你使用計數器，你必須定義零。你在某個時候開始計數，“領導該團隊的瑞典烏普薩拉大學物理學家瑪爾塔·伯霍爾茨 （Marta Berholts） 解釋道新科學家2022 年。

“這樣做的好處是你不必啟動時鐘——你只需看看干涉結構并說'好吧，已經是 4 納秒了。'

不斷發展的里德堡波包指南可以與其他形式的泵浦探針光譜結合使用，這些光譜在微小尺度上測量事件，有時不太清晰，或者根本太不方便測量。

重要的是，沒有一個指紋需要過去和現在作為時間的起點和停止點。這就像測量一個不知名的短跑運動員與許多以設定速度跑步的競爭對手的比賽。

通過在泵浦探針原子樣本中尋找干擾里德堡態的特征，技術人員可以觀察到短至千分之一秒的事件的時間戳。

未來的量子手表實驗可以用其他原子代替氦氣，甚至使用不同能量的激光脈沖，以拓寬時間戳的指南，以適應更廣泛的條件。

這項研究發表在物理審查研究.

本文的早期版本于 2022 年 10 月發布。

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