MIT設計出新的量子糾纏原子鐘，進一步推動計時精度的極限

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。但總是有改進的空間，麻省理工學院（MIT）的研究人員現在已經用一種新的量子糾纏原子鐘證明了這一點。

原子以如此精確可靠的模式振動，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。例如，銫133的共振頻率為9,192,631,770Hz,而且非常穩定，自1968年以來，這種模式已正式定義了秒。

現在，麻省理工學院的一個物理學家團隊設計出了一種新型的原子鐘，它可以進一步推動精度的極限。理想情況下，跟蹤單個原子的振動應該能最精確地保持時間，但不幸的是，隨機的量子波動會使測量結果混亂。這就是所謂的標準量子極限。

因此，量子鍾通常會追蹤一種由數千個相同類型的原子組成的氣體--傳統上是銫，儘管近年來鐿正在成為新的領跑者。這些原子幾乎被冷卻到絕對零度，然後用雷射器固定在原地，同時另一個雷射器測量它們的振蕩。通過取許多原子的平均值，可以得出更準確的答案。

不幸的是，標準量子極限的影響可能會減少，但不能完全消除。麻省理工學院團隊的新原子鐘進一步降低了影響，這要歸功於量子糾纏。這聽起來不可能，但在某些情況下，原子可以變得如此糾纏，以至於測量其中一個原子的狀態可以瞬間改變其伴侶的狀態--無論它們相隔多遠。這就是所謂的量子糾纏，新的時鐘利用這種現象實現了更高精度的計時。

研究人員從大約350個鐿-171原子開始，這種原子的振蕩速度甚至比銫還要快。這些原子被困在兩個鏡子之間的光腔中，然後用雷射照射到光腔中，使原子發生量子糾纏。

「這就像光作為原子之間的溝通紐帶，」該研究的共同作者Chi Shu說。「第一個原子看到這道光，會稍微修改一下光，這道光也會修改第二個原子，第三個原子，通過許多循環，原子們共同認識對方，並開始表現得相似。」

一旦原子被糾纏在一起，第二道雷射就會照射到雲層中，測量它們的平均頻率。研究小組發現，這種方法創建的時鐘可以達到特定的精度，比使用非糾纏原子的類似時鐘快四倍。

研究人員表示，這種方法可以使原子鐘變得如此精確，以至於在整個宇宙時代之後，它們仍然會有不到100毫秒的不同步。另外，它們還可以幫助科學家研究一些物理學中最大的未解問題，比如暗物質、引力波，以及物理學規則是否會隨著時間而改變。

「隨著宇宙的老化，光速是否會發生變化？」該研究的共同作者Vladan Vuletic說。"電子的電荷是否會發生變化？這是你可以用更精確的原子鐘來探究的。"

這項研究發表在《自然》雜誌上。