Новое решение MIT поможет атомным часам точнее засекать время в поисках темной материи

Новости МирТесен

Специалисты из Массачусетского технологического института добились значительного прогресса в квантовых технологиях, представив методику, позволяющую вдвое увеличить точность оптических часов. Эта разработка не только открывает возможности для создания усовершенствованных систем, предназначенных для будущей цифровой инфраструктуры, но и может способствовать изучению таких неуловимых явлений, как темная материя. Современные технологии, например, спутниковая система GPS и взаимодействие вычислительных устройств, основываются на высокоточном отсчете времени, который обеспечивается атомными часами на цезии. Однако растущий спрос на вычислительные ресурсы требует внедрения более быстрых и надежных оптических часов, использующих атомы иттербия, которые совершают колебания с поразительной частотой – до 100 триллионов раз в секунду.

Квантовый шум, приводящий к искажению точных измерений колебаний атомов, представляет собой основную трудность в этом направлении. В попытках найти выход из этой ситуации физики из Массачусетского технологического института выявили эффект воздействия лазерного излучения на атомы, который ранее не уделялся должного внимания. Они создали способ, основанный на использовании лазера для регулирования квантовой запутанности атомов иттербия, что позволило увеличить точность работы часов в два раза. Ученые полагают, что увеличение числа используемых атомов позволит достичь дальнейшего прогресса.

Разработка портативных атомных часов – одна из перспективных задач, позволяющая проводить измерения непосредственно в интересующих местах для изучения различных явлений. По словам Владимира Вулетича, одного из авторов исследования, такие часы помогут ученым в поиске темной материи и темной энергии, проверке фундаментальных сил природы и даже в прогнозировании землетрясений. Предлагаемый подход может сделать эти часы более удобными для транспортировки и развертывания в необходимых локациях.

Новый подход базируется на методе «квантового обращения времени». Он предполагает первоначальную запутывание атомов, после чего следует их разупорядочивание, что позволяет увеличить полезный сигнал относительно шума. Важным открытием стало осознание того, что лазер, настроенный на частоту, близкую к оптической частоте атомов, оставляет в них фиксируемый след – «память» о воздействии, даже когда атомы возвращаются к своему первоначальному энергетическому уровню. Этот сохраняющийся фазовый сдвиг содержит сведения о стабильности лазера, что и обеспечивает существенное повышение точности измерений. Лабораторные тесты продемонстрировали результативность метода, увеличив точность оптических атомных часов в два раза и предоставив возможности для разработки стабильных и компактных устройств нового поколения.