瞧一瞧：新型原子钟：若持续运行 140 亿年，误差不到 0.1 秒-电子发烧友网

据国外媒体报道，目前，美国专家最新设计出一种新型原子钟，它非常精确，如果让它持续运行 140 亿年（相当于当前宇宙的年龄），其误差竟然不到 0.1 秒。

他们利用一种叫做量子纠缠的奇特现象，在该现象中粒子会紧密地连接在一起。研究人员解释称，量子纠缠有助于减少原子振荡时产生的不确定性，能够精准计时。

原子钟可以揭晓构成宇宙四分之三以上难以捉摸的 “暗物质”，也可以用于研究引力对时间的影响。该论文作者、美国麻省理工学院电子工程师爱德温 · 佩德罗佐 · 佩那菲尔说：“与目前最先进的光学时钟相比，量子纠缠增强光学原子钟有可能在 1 秒内达到更高精度。”

就像落地式大摆钟利用摆锤的摆动进行计时一样，原子钟利用激光来测量原子云的有规律振拆迁里的标准户指什么意思
动，这是科学家目前可以观测到最稳定的周期性事件。

在理想情况下，人们可以利用单个原子的运动进行计时，然而在原子尺度上，量子力学的奇特规则开始发挥作用，同时该测量结果受统计概率影响，必须取平均数值才能产生可靠的数据。

该论文合著作者、美国麻省理工学院物理学家西蒙尼 · 科伦坡解释称，当增加原子数量时，所有这些原子的平均值都趋向于正确值。

当前原子钟能测量数千个超冷原子，使用激光将它们聚集在 “光学陷阱”中，然后用另一种频率与被测原子振动频率相似的激光探测它们。

然而，即使是这种方法也存在一定程度的量子不确定性，但正如研究小组所展示的那样，其中一些问题可以通过量子纠缠消除，通过量子纠缠，可获得一组原子的相关测量结果。

研究人员解释称，这意味着纠缠原子的单个振荡在一个共同频率附近收紧，从而提高了时钟测量的精度。在他们的最新时钟设计中，佩那菲尔和同事将大约 350 个镱原子（稀土元素）纠缠在一起，镱原子每秒振荡 10 万次，比钯原子（传统原子钟中使用的元素）的振荡频率更高，这一事实意味着，如果原子振荡跟踪准确的话，这种新型时钟甚至可以分辨出更短暂时间范围的差异。

像普通原子钟一样，研究小组将原子困在两个镜面包围的光学振腔中，然后发射激光穿过光学振腔，使激光在两个镜面之间反弹，反复与原子相互作用并使它们纠缠在一起。

麻省理工学院物理学家迟舒（音译）说：“这就好像光充当原子之间的通讯纽带，看到光的第一个原子能轻微地改变这束光，这束光也会改变第二个原拆迁风景树补偿标准
子、第三个原子，经过许多个周期，原子集体相互了解，并开始表现出类似的行为特征。”

然后，研究小组使用另一种激光测量原子的平均频率，与现有原子钟所用方法类似，研究小组发现，这种量子纠缠使时钟以 4 倍速度达到预期精度。

麻省理工学院物理学家弗拉丹 · 鲁雷蒂克说：“我们可以通过测量更长时间来使时钟更加精确，问题在于你需要多长时间才能达到一定精度，许多现象需要用快速的时间尺度来衡量。最新时钟的设计可以用于更好地解决宇宙中各种未解之谜，随着宇宙年龄的增长，光的速度会改变吗？电荷会改变吗？你可以用更精确的原子钟进行探测。”目前，这项研究报告发表在近期出版的《自然》杂志上。

责任编辑：PSY