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科技日報記者 劉霞
瑞典烏普薩拉大學(xué)科學(xué)家研制出一款由激光和氦原子組成的量子秒表，能以“全新方式極其準(zhǔn)確地測量時間”，而不必像其他時鐘那樣計時。相關(guān)研究近日發(fā)表于《物理評論研究》雜志。
最新研究負(fù)責(zé)人瑪塔·博霍爾茨解釋稱，他們的最新研究基于“泵—探針實驗”，在實驗中，一束“泵”激光脈沖被發(fā)送到原子云內(nèi)，將其提升到更高能級，隨后，另一束功率較小的“探測”脈沖被用于測量“泵”的效果。這些實驗對于材料科學(xué)領(lǐng)域的諸多應(yīng)用，尤其是太陽能電池板的開發(fā)至關(guān)重要，但很難測量“泵”和“探針”脈沖發(fā)出之間流經(jīng)多少時間。現(xiàn)在，他們研制出的量子表解決了上述問題。
研究人員首先向氦原子云發(fā)射激光束，使原子處于量子疊加狀態(tài)，這意味著它們同時處于多個能級，這些能級相互作用并產(chǎn)生隨時間變化的干涉圖案。當(dāng)研究人員只測量了持續(xù)時間為1.7萬億分之一秒的干涉模式時，他們可將其與干涉模擬進行比較，找到模式匹配的唯一時間段，準(zhǔn)確地告訴他們氦原子在疊加狀態(tài)持續(xù)了多長時間。鑒于干涉圖案具有非重復(fù)性，因此，他們能毫無疑問地證明這種測量時間方法的準(zhǔn)確性。
博霍爾茨說，這是一種全新的測量時間的方法，好處是不需要精確測量原子何時處于疊加狀態(tài)，“如果使用計數(shù)器，你必須定義零，在某個時刻開始計數(shù)。而新方法不必啟動時鐘，只要看看干涉結(jié)構(gòu)。”
研究人員表示，最新量子表有望幫助科學(xué)家們對隨時間變化的系統(tǒng)，如單個分子的分崩離析、光與物質(zhì)之間的量子相互作用或暴露于磁場中的材料等進行精確而快速地測量。
