麻省理工學院的研究人員設計了一種方法，可以幫助建造迄今為止最精確的原子鐘。
這種新型原子鐘非常精確，140億年後的誤差還不到十分之一秒，這將有助於科學家研究重力對時間的影響。
他們的設計以量子糾纏原子為中心，而不是測量隨機振蕩的原子。為此，美國專家的設計利用了一種叫做量子糾纏的奇異現象，在這種現象中粒子會緊密地連接在一起。
研究人員解釋說，這種糾纏有助於減少測量原子振蕩時的不確定性，原子時鐘用來計時。
這個時鐘可以用來揭示構成宇宙四分之三以上的難以捉摸的「暗物質」，也可以用來研究引力對時間的影響。
麻省理工學院的電子工程師、論文作者Edwin Pedrozo-Penafiel說:「與目前最先進的光學時鐘相比，量子糾纏增強光學原子鐘有可能在1秒內達到更高的精度。」
就像老爺鐘利用擺錘的擺動來計時一樣，原子鐘利用雷射來測量原子云的有規律的擺動——這是科學家目前可以觀測到的最穩定的周期性事件。
理想情況下，人們可以利用單個原子的運動。然而在原子尺度上，奇異的量子力學規則開始發揮作用——測量的概率必須被平均出來，才能產生可靠的數據。
麻省理工學院(MIT)的物理學家、論文作者科倫坡(Simone Colombo)解釋說:「當你增加原子的數量時，所有這些原子的平均值都趨向於給出正確的值。」
目前的原子鐘測量數千個超冷原子——用雷射把它們關在一個光學「陷阱」裡，然後用另一種頻率與被測原子振動頻率相似的雷射探測它們。
然而，即使是這種方法也存在一定程度的量子不確定性——但是，正如研究小組所展示的那樣，其中一些問題可以通過量子糾纏消除，在量子糾纏中，一組原子可以進行相關測量。
研究人員解釋說，這意味著糾纏原子的單個振蕩在一個共同頻率附近被收緊，從而提高了時鐘測量的精度。
在他們的新設計中，佩德羅索-佩納菲耶爾博士和同事們讓大約350個稀土元素鐿原子糾纏在一起，鐿原子每秒振蕩10萬次，比銫原子(傳統原子鐘中使用的元素)的頻率要高。
這一事實意味著，如果追蹤準確的話，這種新時鐘甚至可以分辨出更小的時間內部因素，從而變得更準確。
和普通原子鐘一樣，研究小組將原子困在由兩個鏡子包圍的光學腔中，然後發射雷射穿過腔，使雷射在兩個鏡子之間反彈，反覆與原子相互作用並使它們糾纏在一起。
論文作者、同樣來自麻省理工學院的物理學家Chi Shu稱，這就好像光充當了原子之間的通訊紐帶。
「第一個看到這束光的原子會輕微地改變這束光，這束光也會改變第二個原子、第三個原子，經過許多個周期，原子集體地相互了解，並開始表現出相似的行為。」
然後，研究小組用另一種雷射測量原子的平均頻率——與現有原子鐘所用的方法類似。研究小組發現，這種糾纏讓時鐘以快4倍的速度達到預期精度。
麻省理工學院的物理學家、論文作者Vladan Vuletic說:「你總是可以通過測量更長的時間來讓時鐘更精確。」
「問題是，你需要多長時間才能達到一定的精度。許多現象需要用快速的時間尺度來衡量。」
Vuletic教授補充說，新的時鐘設計可以用來更好地解決宇宙中各種未解之謎。
該研究的全部發現發表在《自然》雜誌上。
編譯/前瞻經濟學人APP資訊組
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