양자 얽힌 원자 시계는 매우 정확합니다.

원자 시계는 오늘날 우리가 가지고있는 가장 정확한 시간 측정기이며 그중 최고는 150 억 년마다 1 초 이내의 시간을 보여줍니다. 그러나 MIT 연구자들이 새로운 양자 얽힌 원자 시계로 입증했듯이 항상 개선의 여지가 있습니다.

원자는 매우 정밀하게 진동하여 시계를 조정할 수 있습니다. 이것이 바로 원자 시계가하는 일입니다. 이 시계는 레이저를 사용하여 진동을 측정하며 시간은 국내 및 국제 표준을 충족 할만큼 정확합니다. 예를 들어 세슘 -133 원자는 초당 정확히 9,192,631,770 번 진동하며 매우 안정적이어서이 샘플은 1968 년 이후 공식적으로 두 번째로 지정되었습니다.

이제 Massachusetts Institute of Technology의 물리학 자 팀은 정밀도의 한계를 더욱 확장 할 수있는 새로운 유형의 원자 시계를 개발했습니다. 이상적으로는 개별 원자의 진동을 추적하는 것이 가장 정확한 시간 측정 값이어야하지만, 안타깝게도 임의의 양자 변동이 측정을 망칠 수 있습니다. 이를 표준 퀀텀 한계라고합니다.

따라서 양자 시계는 일반적으로 같은 유형의 수천 개의 원자 (전통적으로 세슘)로 구성된 가스를 추적하지만 최근 몇 년 동안 이테르븀이 새로운 리더가되었습니다. 이 원자들은 절대 영도에 가깝게 냉각 된 다음 다른 레이저가 진동을 측정하는 동안 레이저에 의해 제자리에 고정됩니다. 많은 원자의 평균을 취하면 더 정확한 답을 얻을 수 있습니다.

안타깝게도 표준 양자 한계의 영향을 줄일 수는 있지만 완전히 제거 할 수는 없습니다. MIT의 한 팀이 개발 한 새로운 원자 시계는 양자 얽힘으로 인해 한계를 더욱 줄여줍니다.

불가능 해 보이지만 어떤 경우에는 원자가 너무 얽혀서 원자 중 하나의 상태를 측정하면 서로 얼마나 멀리 떨어져 있더라도 즉시 파트너의 상태를 변경할 수 있습니다. 이를 양자 얽힘이라고하며, 새로운 시계는이 현상을 사용하여 시간을 더 정확하게 측정합니다.

연구진은 세슘보다 훨씬 빠르게 진동하는 이테르븀 -171의 약 350 개 원자로 시작했습니다. 이 원자는 두 거울 사이의 광학 공동으로 떨어지고 레이저가 공동으로 향하여 원자를 양자 얽힌 다.

이 연구의 공동 저자 인 Chi Shu는 "빛이 원자 사이의 연결 고리 역할을하는 것과 같다"고 말했다. "이 빛을 보는 첫 번째 원자는 그것을 약간 바꿀 것이고,이 빛은 또한 두 번째 원자와 세 번째 원자를 바꿀 것입니다. 그리고 많은 순환을 통해 원자들은 모두 서로를 인식하고 똑같이 행동하기 시작합니다."

원자가 얽히면 두 번째 레이저가 구름을 통해 평균 주파수를 측정합니다. 과학자들은이 방법이 얽 히지 않은 원자를 사용하는 유사한 시계보다 4 배 더 빠른 특정 정밀도를 얻을 수있는 시계를 만들었다는 것을 발견했습니다.

연구원들은 새로운 방법이 원자 시계를 매우 정확하게 만들어 150 억 년 후에도 여전히 100 밀리 초 미만으로 동기화되지 않을 것이라고 말합니다. 또한 과학자들이 암흑 물질, 중력파, 물리학 규칙이 시간이 지남에 따라 변하는 지 여부와 같은 물리학에서 가장 까다로운 퍼즐을 탐구하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

이 연구의 공동 저자 인 Vladan Vuletić는“우주가 노화됨에 따라 빛의 속도가 변합니까?”라고 묻습니다. “전자의 전하가 변할까요? 이것이 더 정확한 원자 시계로 연구 할 수있는 것입니다. "

이 연구는 Nature 저널에 게재되었습니다.