科學家設計新型原子鐘:140億年內誤差不超1/10秒

2020-12-22 大洋網

科技日報北京12月20日電 據最新一期《自然》雜誌報導，美國科學家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1/10秒之內。

麻省理工學院的研究人員解釋說，量子糾纏有助於減少測量原子鐘用來保持時間的原子振蕩所涉及的不確定性。

原子鐘通過與雷射一樣的方法來測量原子云的規則振蕩，這是科學家目前可以觀察到的最穩定的周期性事件。理想情況下，人們將能夠使用單個原子的運動。然而，在原子尺度上，量子力學的奇異規則開始起作用。測量受制於概率，必須將概率取平均才能得出可靠的數據。當增加原子數時，所有這些原子給出的平均值將產生具有正確值的東西。

當前的原子鐘從數千個超冷原子中進行測量，這些原子被雷射束縛在一個光學「陷阱」中，並由另一種雷射探測，其頻率類似於被測原子的振動頻率。但是，這種方法也受到一定程度的量子不確定性的影響。

在新設計中，研究人員糾纏了稀土元素350中的約350個原子，該元素每秒比常規原子鐘中使用的銫的振蕩頻率高10萬倍。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的頻率附近變緊，從而提高了時鐘進行測量的精度。

與使用常規原子鐘一樣，研究人員將原子捕獲在由兩個反射鏡界定的光學腔中，然後向腔內發射雷射，使其在反射鏡之間反射，與原子反覆相互作用並糾纏它們。研究人員使用另一臺雷射儀測量原子的平均頻率，研究發現糾纏使時鐘達到了所需精度的4倍。

研究人員表示，通過延長測量時間，可以使時鐘更精確。新時鐘的設計可用來更好地破解宇宙的各種未解之謎。隨著宇宙的老化，光速會改變嗎？電子的電荷會改變嗎？這都可以用更精確的原子鐘進行探測。

記者馮衛東

相關焦點

  • 新型原子鐘:若持續運行 140 億年,誤差不到 0.1 秒
    打開APP 新型原子鐘：若持續運行 140 億年，誤差不到 0.1 秒 葉傾城 發表於 2020-12-18 10:07:50
  • 新型原子鐘誕生!140億年內誤差不超1/10秒,以量子糾纏原子為中心
    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。
  • 美國科學家設計出原子鐘 可將時間精度保持在1/10秒之內
    美國科學家設計出原子鐘 可將時間精度保持在1/10秒之內 科技日報 | 2020-12-21 11:08:41 據最新一期《自然》雜誌報導，美國科學家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
  • 麻省理工學院的科學家重新定義原子鐘(更加精確)
    麻省理工學院的研究人員表示，量子糾纏可以使原子鐘更精確，它可以幫助科學家探索諸如重力對時間的影響等問題。麻省理工學院的研究人員設計了一種方法，他們說這種方法可以幫助建造迄今為止最精確的原子鐘。他們的方法可以幫助科學家探索諸如引力對時間流逝的影響以及時間是否會隨著宇宙變老而改變等問題。更精確的原子鐘甚至可以靈敏到探測暗物質和引力波。
  • 2篇Nature齊發,160億年只爭1秒!
    然而，隨著科技的發展，當前原子鐘的精度已經無法滿足如引力波、暗物質的測量以及全球導航定位系統的需求。這個時候，基於原子或離子在光學頻段的超精細躍遷頻率來對時間進行定義的光學原子或離子鍾（即光鍾）應運而生。由於光頻比微波原子鐘的躍遷頻率要高5個數量級左右，因此理論上光鍾比原子微波鐘有著更高的精度。
  • 科學家造有史以來最精確的鐘 驗證時空扭曲理論
    今年2月份，科學家們製造出了有史以來「最精確的鐘」，並測量出了高度相差1米的兩個位置間的時間差。相關研究刊登在近期的《科學》雜誌上。　　速度和引力影響時間　　愛因斯坦認為，時空相互交織，時間在不同的場合會發生不同的變化，時間可能會受到一些因素的影響，比如引力和速度。簡單來說，鐘錶運動時，比不運動時運行更慢。此外，引力越強，鐘錶也跑得越慢。
  • 科學家給出了5種方法,看完後恍然大悟
    這個日晷高27米（或者88英寸），在頂部有一個小圓屋頂用來預示日月食和季風的到來，並且它測量誤差只有2秒。在2010年哈利法塔建成之前，臺北101一直是世界上最高的建築，同時也充當著一個巨大的日晷，就像是巴黎的盧克索方尖碑。2.水鍾當然，日晷的使用是有限制的，只有當白天無雲的時候才有效。
  • 減速50年,地球如今卻開始加速自轉!計算機有點吃不消
    而在最近，科學家首次發現在減速了50年後，地球的自轉卻開始加快了，這意味著一天的時間開始變短了。 測量恆星日的一個必備工具是鐘錶，地球上不存在完美的鐘表，所有的鐘表都有誤差，只是大小的區別。 早期的鐘表誤差較大，並不能很精確的測量恆星日，比如今年測得的是這樣，明年又是那樣，誰知道是鐘錶壞了還是地球速度變了？
  • MIT打造出號稱迄今為止最精確的原子鐘,進一步推動計時精度的極限
    論計時準確性，原子鐘的名號想必大家不陌生。原子鐘是我們今天所擁有的最準確的計時工具，最精準的原子鐘150億年的誤差不超過一秒。原子精確而可靠的模式振動，以至於你可以根據它們來設置手錶——這正是原子鐘的作用。這些時計使用雷射來測量這些振蕩，得出的時間精確到足以制定國家和國際標準。
  • 2021年將成史上過得最快的一年,最短的一天在7月
    與此同時，全世界 200 多臺高精度原子鐘測算的時間，匯總得到國際原子時。這一系統開始於 1958 年 1 月 1 日。原子鐘是人類現有最為精確的計時工具，通過測量原子的高頻振動進行計時，運行 1 億年的誤差不超過 1 秒。　　以國際原子時為標準，納入世界時中通過天文觀測得到的偏差，就得到了協調世界時。
  • 中國人造太陽核聚變技術首次實現1億度運行近10秒
    中國的科學儀器「東方超環」取得了重大突破。 等離子體中心的電子溫度在近10秒內首次達到1億攝氏度。「被稱為「人造太陽」的「東方超環」是我國自主設計和研製的磁約束核聚變實驗裝置，因為它的目標是和太陽一樣進行核聚變，為人類提供源源不斷的能量，因此就有了它的名字。與2018年的第一個1億度溫度相比，這一創新實際上保持了近10秒的1億度溫度，這是東方超環的重大突破。如果1億度的高溫能維持很長時間，人類將離解決核聚變的商業應用不遠了。
  • 平均31歲,玩命26年!北鬥:連一顆螺絲釘都是我們自己的
    1994年，中國制定「九五」規劃時，定位導航系統「北鬥」進入國家視野，可當時總共有三個衛星項目需要立項，另外兩個項目已經通過審批。到了北鬥這裡，國家實在拿不出錢了。相比於美國耗資300億美元打造的GPS，北鬥項目最初的辦公室設立在總參測繪局招待所三樓的一間不足20平米的房間內。
  • 科學家通過實驗終於找到了答案
    138億年前，一個神秘的奇點發生了大爆炸。大爆炸之後宇宙隨之誕生，而在宇宙誕生的那一刻，有兩個事物也跟著誕生了，它們就是時間和空間。時間和空間，我們現在經常將它們合併稱之為時空。而科學家對於空間的研究探索中，發現了空間是可以扭曲的，其中最明顯的就是宇宙在快速膨脹，而這個膨脹速度遠遠超越了光速。要知道宇宙誕生的時間不過才138億年，而人類現在可觀測的宇宙範圍已經達到了930億光年，而這個範圍也只不過是宇宙的冰山一角。由此可見，宇宙的膨脹速度有多麼快了，它超越了光速。
  • 科學家稱銀河系至少有10億顆「地球」-科技創新-每日科技網-多維度...
    美媒稱，粗略估計，在銀河系中有10億顆地球，即10億顆和地球大小相近、處在宜居帶、表面可能存在液態水、繞著散發金色光芒的恆星運轉的巖石行星。　　據美國《華盛頓郵報》網站7月24日報導，這一估計是由美國航天局(NASA)科學家納塔莉·巴塔利亞作出的。
  • 200秒完成6億年工作,「九章」到底有多牛?
    「九章」花200秒能完成的工作，目前世界上最快的超級計算機「富嶽」，要工作6億年。科學家們選擇了極端複雜的問題來考驗量子計算，讓它在實際應用中「秀出肌肉」。證明「量子優越性」，被認為是量子計算從理論到實踐「裡程碑式的轉折點」。「我行。」這是「九章」給出的答案。如果將樣本擴大到100億個，「九章」只需要10小時，但超級計算機需要1200億年，而地球從誕生至今，只有約46億年。