Зробити резюме статті:
Чатгпт
Метод «глобальної фазової спектроскопії» забезпечує стабільність атомних годинникових лазерів. (Фото: Массачусетський технологічний інститут)
Цього вдалося досягти завдяки новому квантовому методу, який усуває вплив квантового шуму — одного з головних обмежень у сучасній метрології.
Новий підхід, відомий як глобальна фазова спектроскопіявикористовує лазерно індуковану «глобальну фазу» в атомах іттербію. Посилюючи цей ефект за допомогою квантового заплутування, дослідники змогли фіксувати удвічі більше «тиків» за секунду, ніж раніше. Це дозволило зменшити похибку вимірювань майже вдвічі без перевищення квантових меж.
Атомні годинники — основа роботи GPS, фінансових систем і телекомунікацій — відліковують час через коливання атомів. Традиційні моделі базуються на атомах цезію, які коливаються понад 10 мільярдів разів на секунду. Оптичні ж годинники використовують швидші атоми, як-от іттербій, частота коливань якого сягає 100 трильйонів разів на секунду.
Команда під керівництвом фізика Волонтер Вулі роками досліджувала способи підвищення стабільності таких систем. Ще у 2020 році вчені продемонстрували, що квантове заплутування атомів дозволяє координувати їхню поведінку й таким чином зменшувати шум. Для цього сотні атомів іттербію охолоджували та «замикали» між дзеркалами, використовуючи лазер для їх синхронізації.
У новому експерименті команда застосувала метод «обертання часу» до оптичних частот, що раніше вважалося майже неможливим. Лазер, взаємодіючи із заплутаними атомами, залишає тонкий «слід» — глобальну фазу, яка містить інформацію про частоту лазера. Посиливши цей сигнал, учені змогли ефективніше виявляти і виправляти відхилення.
Розробка відкриває шлях до створення портативних і надстабільних атомних годинниківпридатних не лише для лабораторій, а й для польових умов. Такі пристрої можуть допомогти у виявленні темної матерії, прогнозуванні землетрусів і перевірці фундаментальних законів фізики.
Дослідження опубліковане в журналі Природа і профінансоване Управлінням військово-морських досліджень США, Національним науковим фондом, DARPA та Міністерством енергетики США.