量子糾纏讓計(jì)時(shí)精度 有了大幅提升
那么原子鐘是如何誕生的呢？
1945年，美國(guó)哥倫比亞大學(xué)物理學(xué)教授伊西多·拉比提出，可以用他在上世紀(jì)30年代開(kāi)發(fā)的原子束磁共振技術(shù)制作鐘表；1949年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）的前身美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局公布了世界上第一個(gè)使用氨分子作為振動(dòng)源的原子鐘；1952年，NIST宣布了第一個(gè)使用銫原子作為振蕩源的原子鐘NBS-1。
1955年，英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室制造了第一個(gè)用作校準(zhǔn)源的銫鐘。1967年，第十三屆度量衡大會(huì)基于銫原子的振蕩定義了1秒時(shí)間，從那時(shí)起全球計(jì)時(shí)系統(tǒng)拋棄了天文歷書(shū)時(shí)，進(jìn)入了原子時(shí)時(shí)代。1968年建成的NBS-4是當(dāng)時(shí)世界上最穩(wěn)定的銫原子鐘，并在上世紀(jì)90年代被用作NIST授時(shí)系統(tǒng)的一部分。
NIST最新的銫原子鐘NIST-F1能夠?qū)r(shí)間精度保持在每年約300億分之一秒，這是NIST建造的一系列銫鐘中的第8個(gè)，也是NIST第一個(gè)以“噴泉”原理工作的銫鐘。
通常原子鐘是用激光把數(shù)千個(gè)原子關(guān)在一個(gè)光學(xué)“陷阱”里，然后用另一種頻率與被測(cè)原子振動(dòng)頻率相似的激光探測(cè)它們。
將原子以經(jīng)典物理學(xué)定律不可能的方式關(guān)聯(lián)在一起，使科學(xué)家能夠更準(zhǔn)確地測(cè)量原子的振蕩。麻省理工學(xué)院的研究小組認(rèn)為，如果原子被糾纏，它們的單個(gè)振蕩將在一個(gè)共同的頻率附近收緊，與不被糾纏相比，偏差較小。因此，原子鐘可以測(cè)量的平均振蕩將具有超出標(biāo)準(zhǔn)量子極限的精度。
研究人員糾纏了約350個(gè)鐿原子，該元素每秒比常規(guī)原子鐘所使用的銫原子的振蕩頻率高10萬(wàn)倍。該小組使用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)冷卻原子并將其捕獲，困在由兩個(gè)反射鏡形成的光學(xué)腔中。然后，他們通過(guò)激光腔發(fā)出激光，使其在反射鏡之間反射，與原子反復(fù)相互作用并糾纏它們。
通過(guò)這種方式，研究人員將原子糾纏在一起，然后使用類似于現(xiàn)有原子鐘的另一激光來(lái)測(cè)量其振蕩的平均頻率。與不糾纏原子的類似實(shí)驗(yàn)相比，他們發(fā)現(xiàn)帶有糾纏原子的原子鐘達(dá)到了所需精度的4倍。
