Fyzikom z Oxfordskej univerzity sa podarilo vôbec po prvýkrát úspešne kvantovo previazať dvoje optické atómové hodiny. Vďaka tomu sa presnosť atómových hodín môže zvýšiť natoľko, že začne atakovať samotnú hranicu stanovenú kvantovou mechanikou. Na tému upozornil portál NewAtlas.

Previazanie dvoch atómových hodín

Ako píše portál IFLScience, atómové hodiny sú považované za najpresnejšie hodiny. Ich základom sú pravidelné oscilácie atómov vhodnej látky.  Platí však, že nie všetky atómové hodiny sú rovnaké a nie všetky „tikajú“ rovnako presne.

Tie najlepšie majú odchýlku len 1 sekundu na 15 miliárd rokov, čo znamená, že ak by sme ich spustili pri Veľkom tresku, nemeškali by teraz ani o jednu celú sekundu.

Používa sa napríklad atóm cézia-133, ktorý osciluje presne 9 192 631 770-krát za sekundu, pričom tento fakt sa od roku 1967 oficiálne používa na definovanie sekundy.

„1 sekunda je čas trvania 9 192 631 770 periód elektromagnetického žiarenia, ktoré zodpovedá prechodu medzi dvomi hladinami veľmi jemnej štruktúry základného stavu atómu cézia pri teplote absolútnej nuly.“

(Pozn. redakcie: Vzhľadom na to, že v reálnych podmienkach nie je možné absolútnu nulu nikdy dosiahnuť, v praxi sa pre toto meranie pri teplote rádovo niekoľkých mikrokelvinov zavádzajú rôzne korekcie.)

Nech sú už tieto atómové hodiny akokoľvek presné, vždy je čas a priestor na zlepšovanie. Zlepšením by v tomto prípade mali byť tzv. optické atómové hodiny, ktoré na meranie času využívajú svetlo a atómy yterbia či stroncia. V novej štúdii publikovanej v žurnále Nature však vedci z Oxfordu ukázali, ako aj tieto hodiny môžeme vylepšiť.

Ako píše v tlačovej správe portál Phys, na ich vylepšenie museli nahliadnuť do tajov kvantovej mechaniky a využiť jav nazývaný kvantové previazanie, čo je stav, v ktorom sa dve alebo viac častíc spoja takým spôsobom, že ich nemožno naďalej opisovať nezávisle a to bez ohľadu na ich vzdialenosť.

Kvantové previazanie častíc, ktoré predpovedal už Einstein a označil ho slávnym výrokom „strašidelná akcia na diaľku“, našlo svoje uplatnenie pri rôznych experimentoch aj v oblasti informatiky a komunikácií. Tento jav je tiež považovaný za „kľúč“ k dosiahnutiu základného limitu presnosti, ktorý stanovuje kvantová teória.

Hoci v minulosti sa na presnejšie stanovovanie času už použilo kvantové previazanie, išlo o previazanie dvoch atómov v rovnakom systéme (rovnakom oblaku atómov). Viac informácií o najpresnejších atómových hodinách nájdeš v samostatnom článku.

Pomôžu pri hľadaní temnej hmoty

Tentokrát experti v rámci svojej štúdie kvantovo previazali dva atómy v dvoch odlišných systémoch, respektíve v dvoch rôznych atómových hodinách nachádzajúcich sa na odlišných miestach.

Tento systém pozostával z dvoch optických kvantových hodín, ktoré obsahovali jeden atóm stroncia a boli od seba vzdialené 2 metre. Podľa všetkého boli tieto atómy previazané prostredníctvom laserového lúču, ktorý sa rozdelil na dve časti a zasahoval atómy so špecifickou frekvenciou, čo atómy priviedlo do správnych podmienok kvantového previazania.

Konečným výsledkom je potom vôbec prvá kvantová sieť pozostávajúca z previazaných atómových hodín, ktoré sa môžu použiť na doposiaľ najpresnejšie meranie času. Podľa dostupných informácií bola odchýlka merania až 2-násobne znížená.

Autori sa tiež domnievajú, že sieť takto previazaných atómových hodín by mohla prekonať „štandardný kvantový limit“ (SQL – Standard Quantum Limit), ktorý vzniká v dôsledku náhodných kvantových fluktuácií, ktoré narúšajú merania.

Čo je ale nesmierne zaujímavé, sieť previazaných atómových hodín má potenciál odomknúť naše chápanie všetkých možných druhov prírodných javov, vrátane meraní časopriestorových variácií základných konštánt. Pomôcť môžu dokonca aj pri hľadaní temnej hmoty, ktorá by mala vypĺňať značnú časť vesmíru.