美國麻省理工學院製造了世界上最先進的原子鐘,量子糾纏原子鐘

2020-12-24 宇宙與科學

原子鐘是世界上最精確的計時儀器，原子鐘可以使用雷射來測量原子的震動，原子以恆定的頻率震動，它們的精度極高，如果它們從宇宙誕生之初就開始運行，那麼到現在，這些原子鐘只有不到半秒的誤差時間。科學家們對此誤差範圍還是不滿意，未來的原子鐘可以更精確。那麼大家要問了，要這麼精確的時間做什麼呢？如果原子鐘能夠更精確地測量原子振動，那麼它們將足夠靈敏，能夠探測到暗物質和引力波等現象。有了更好的原子鐘，科學家們也可以開始回答一些令人費解的問題，比如重力對時間的流逝有什麼影響，時間本身是否隨著會宇宙年齡的增長而變化等等問題。

現在，由麻省理工學院物理學家設計的一種新型原子鐘能幫助科學家們能夠探索這些問題，並可能揭示新的物理學分支。麻省理工學院的科學家們製造了一個原子鐘，現在最先進的原子鐘測量的是隨機震動的原子或者多原子團，而麻省理工學院科學家們製造的原子鐘可以測量那些被量子糾纏的原子，這使得科學家能夠更精確地測量原子的振動。

麻省理工學院電子研究實驗室的博士後Edwin Pedrozo Peafiel說：「與目前最先進的原子鐘相比，量子糾纏增強型光學原子鐘將達到更好的精度。」有多精確呢？如果最先進的原子鐘能夠像麻省理工學院的研究小組那樣測量糾纏的原子，在整個宇宙時期，比如幾百億年，甚至幾千億年，時鐘的偏差將不到100毫秒。我們雖然不知道宇宙結構能維持多少年，但是大概換算來說是這樣的

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    ◎本報記者 馮衛東2020年底，《自然》雜誌刊載了一篇來自美國麻省理工學院研究人員的成果報導，這些研究人員利用量子糾纏現象新設計出一種原子鐘，如果運行約140億年（大約是當前宇宙的年齡），該原子鐘可將時間精度保持在十分之一秒之內。而在同樣的時間框架內，此前最先進的原子鐘偏差在半秒左右。自從人類意識到時間的流逝，就開始利用周期性現象進行追蹤。
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    ◎本報記者 馮衛東　　2020年底，《自然》雜誌刊載了一篇來自美國麻省理工學院研究人員的成果報導，這些研究人員利用量子糾纏現象新設計出一種原子鐘，如果運行約140億年（大約是當前宇宙的年齡），該原子鐘可將時間精度保持在十分之一秒之內。而在同樣的時間框架內，此前最先進的原子鐘偏差在半秒左右。　　自從人類意識到時間的流逝，就開始利用周期性現象進行追蹤。
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    但即使是振動的原子核，也受到量子力學定律所施加的不確定性的限制。幾年前，麻省理工學院和塞爾維亞貝爾格勒大學的研究人員提出，量子糾纏可以推動時鐘超越這個模糊的邊界。現在，我們有了一個實驗形式的概念證明。物理學家將一團鐿—171原子云與光子流連接在一起，並測量它們微小擺動的時間。
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