Određivanje protoka vremena u našem svetu otkucaja satova i oscilirajućih klatna je jednostavan slučaj brojanja sekundi između ‘tada’ i ‘sada’.
Međutim, na kvantnoj skali zujanja elektrona, ‘tada’ se ne može uvek predvideti. Što je još gore, ‘sada’ se često zamagljuje u maglu neodređenosti. Štoperica jednostavno neće raditi za neke scenarije.
Potencijalno rešenje moglo bi se naći u samom obliku kvantne magle, prema studiji istraživača sa Univerziteta Upsala u Švedskoj iz 2022. godine.
Njihovi eksperimenti o talasastoj prirodi nečega što se zove Ridbergovo stanje otkrili su novi način merenja vremena koji ne zahteva preciznu polaznu tačku.
Ridbergovi atomi su prenaduvani baloni carstva čestica. Napuhani laserima umesto vazduha, ovi atomi sadrže elektrone u izuzetno visokim energetskim stanjima, koji kruže daleko od jezgra.
Naravno, ne mora svaka laserska pumpa da napuhne atom do crtanih razmera. U stvari, laseri se rutinski koriste za golicanje elektrona u više energetska stanja za različite namene.
U nekim aplikacijama, drugi laser se može koristiti za praćenje promena u položaju elektrona, uključujući protok vremena. Ove tehnike ‘pump-sonde’ mogu se koristiti za merenje brzine određene ultrabrze elektronike, na primer.
Uvođenje atoma u Ridbergova stanja je zgodan trik za inženjere, ne samo kada je u pitanju dizajniranje novih komponenti za kvantne računare. Nepotrebno je reći da su fizičari prikupili značajnu količinu informacija o načinu na koji se elektroni kreću kada su gurnuti u Ridbergovo stanje.
Međutim, budući da su kvantne životinje, njihovi pokreti su manje kao perle koje klize po malom abakusu, a više kao veče za stolom za rulet, gde se svako kotrljanje i skok lopte stisnu u jednu igru na sreću.
Knjiga matematičkih pravila koja stoji iza ove divlje igre Ridbergovog elektronskog ruleta se naziva Ridbergov talasni paket.
Baš kao i stvarni talasi, više od jednog Ridbergovog talasnog paketa koji se talasa u prostoru stvara smetnje, što rezultira jedinstvenim obrascima talasanja. Bacite dovoljno Ridbergovih talasnih paketa u isto atomsko jezero, i svaki od tih jedinstvenih obrazaca će predstavljati različito vreme koje je potrebno da talasni paketi evoluiraju u skladu jedan sa drugim.
Upravo te ‘otiske prstiju’ vremena su fizičari koji stoje iza ovog skupa eksperimenata krenuli da testiraju, pokazujući da su bili dovoljno dosledni i pouzdani da služe kao oblik kvantnog vremenskog žiga.
Njihovo istraživanje je uključivalo merenje rezultata laserski pobuđenih atoma helijuma i uparivanje njihovih nalaza sa teorijskim predviđanjima kako bi pokazali kako bi njihovi karakteristični rezultati mogli da opstaju tokom određenog vremena.
„Ako koristite brojač, morate da definišete nulu. U nekom trenutku počinjete da brojite“, objasnila je fizičarka Marta Berholts sa Univerziteta u Upsali u Švedskoj, koja je predvodila tim za Nev Scientist 2022. godine.
„Prednost ovoga je što ne morate da pokrećete sat – samo pogledate strukturu interferencije i kažete ‘u redu, prošlo je 4 nanosekunde’.“
Vodič evoluirajućih Ridbergovih talasnih paketa mogao bi se koristiti u kombinaciji sa drugim oblicima spektroskopije pumpne sonde koji mere događaje na maloj skali, kada su s vremena na vreme manje jasni, ili jednostavno previše nezgodni za merenje.
Važno je da nijedan od otisaka prstiju ne zahteva neko vreme i sada da posluži kao početna i zaustavna tačka za vreme. To bi bilo kao da merite trku nepoznatog sprintera sa brojnim takmičarima koji trče zadatim brzinama.
Tragajući za potpisom ometajućih Ridbergovih stanja usred uzorka atoma pumpe-sonde, tehničari su mogli da posmatraju vrijemensku oznaku za događaje koji su prolazni od samo 1,7 trilionitih dijelova sekunde.
Budući eksperimenti na kvantnom satu mogli bi zameniti helijum drugim atomima, ili čak koristiti laserske impulse različitih energija, kako bi proširili vodič vriemenskih oznaka kako bi odgovarali širem spektru uslova.
