Визначення плину часу в нашому світі цокаючих годинників та коливальних маятників — це простий випадок підрахунку секунд між «тоді» та «зараз». Однак, на квантовому рівні дзижчання електронів, «тоді» не завжди можна передбачити. Що ще гірше, «зараз» часто розмивається в серпанок невизначеності. Секундомір просто не підійде для деяких сценаріїв. Згідно з дослідженням 2022 року, проведеним дослідниками з Уппсальського університету у Швеції, потенційне рішення можна знайти в самій формі квантового туману. Перегляньте відео нижче, щоб ознайомитися з їхніми результатами: Їхні експерименти з хвилеподібною природою чогось, що називається станом Ридберга, відкрили новий спосіб вимірювання часу, який не потребує точної початкової точки. Атоми Ридберга – це надуті повітряні кулі царства частинок. Надуті лазерами замість повітря, ці атоми містять електрони в надзвичайно високоенергетичних станах, що обертаються далеко від ядра. Звичайно, не кожен лазерний імпульс повинен роздувати атом до мультяшних розмірів. Насправді лазери зазвичай використовуються для переведення електронів у вищі енергетичні стани для різних цілей. У деяких випадках для моніторингу змін положення електрона, включаючи плин часу, може використовуватися другий лазер. Ці методи «накачування-зондування» можуть бути використані, наприклад, для вимірювання швидкості певної надшвидкої електроніки. Переведення атомів у ридбергівські стани – зручний трюк для інженерів, не в останню чергу, коли йдеться про розробку нових компонентів для квантових комп’ютерів. Звісно, ​​фізики накопичили значну кількість інформації про те, як рухаються електрони, коли їх переводять у ридбергівський стан. Однак, будучи квантовими тваринами, їхні рухи не схожі на намистини, що ковзають по крихітному абаку, а радше на вечір за столом для рулетки, де кожен кидок і стрибок кульки втискається в одну гру випадку. Математичний збірник правил, що лежить в основі цієї шаленої гри в електронну рулетку Ридберга, називається хвильовим пакетом Ридберга. Як і у випадку зі справжніми хвилями, наявність кількох пакетів хвиль Ридберга, що брижають у просторі, створює інтерференцію, що призводить до появи унікальних візерунків брижів. Киньте достатню кількість хвильових пакетів Ридберга в один і той самий атомний ставок, і ці унікальні візерунки представлятимуть кожен окремий час, необхідний для еволюції хвильових пакетів узгоджено один з одним. Саме ці «відбитки» часу фізики, що стояли за цим набором експериментів, вирішили перевірити, показавши, що вони достатньо послідовні та надійні, щоб служити формою квантового позначення часу. Їхнє дослідження включало вимірювання результатів лазерно-збуджених атомів гелію та зіставлення своїх висновків з теоретичними прогнозами, щоб показати, як їхні характерні результати можуть залишатися актуальними протягом певного періоду часу. «Якщо ви використовуєте лічильник, вам потрібно визначити нуль. Ви починаєте рахувати в певний момент», – пояснила New Scientist у 2022 році фізик Марта Бергольц з Уппсальського університету у Швеції, яка керувала командою. «Перевага цього полягає в тому, що вам не потрібно запускати годинник – ви просто дивитеся на структуру інтерференції та кажете: «Гаразд, минуло 4 наносекунди»». Довідник з еволюції хвильових пакетів Ридберга можна було б використовувати в поєднанні з іншими формами спектроскопії накачування-зондування, які вимірюють події в крихітному масштабі, коли події тоді та зараз менш чіткі або просто занадто незручні для вимірювання. Важливо, що жоден із відбитків пальців не потребує колишнього часу та теперішнього часу, щоб служити відправною та кінцевою точкою часу. Це було б схоже на порівняння дистанції невідомого спринтера з кількома конкурентами, що біжать з певною швидкістю. Шукаючи сигнатуру інтерферуючих ридбергівських станів серед вибірки атомів накачування-зондування, техніки змогли спостерігати часову позначку для подій, що тривають лише 1,7 трильйонних частки секунди. Майбутні експерименти з квантовими годинниками можуть замінити гелій іншими атомами або навіть використовувати лазерні імпульси різної енергії, щоб розширити довідник часових міток для ширшого діапазону умов. Це дослідження було опубліковано в журналі Physical Review Research.