量子糾纏讓計時精度 有了大幅提升
那么原子鐘是如何誕生的呢？
1945年，美國哥倫比亞大學物理學教授伊西多·拉比提出，可以用他在上世紀30年代開發(fā)的原子束磁共振技術(shù)制作鐘表；1949年，美國國家標準技術(shù)研究院（NIST）的前身美國國家標準局公布了世界上第一個使用氨分子作為振動源的原子鐘；1952年，NIST宣布了第一個使用銫原子作為振蕩源的原子鐘NBS-1。
1955年，英國國家物理實驗室制造了第一個用作校準源的銫鐘。1967年，第十三屆度量衡大會基于銫原子的振蕩定義了1秒時間，從那時起全球計時系統(tǒng)拋棄了天文歷書時，進入了原子時時代。1968年建成的NBS-4是當時世界上最穩(wěn)定的銫原子鐘，并在上世紀90年代被用作NIST授時系統(tǒng)的一部分。
NIST最新的銫原子鐘NIST-F1能夠?qū)r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，也是NIST第一個以“噴泉”原理工作的銫鐘。
通常原子鐘是用激光把數(shù)千個原子關(guān)在一個光學“陷阱”里，然后用另一種頻率與被測原子振動頻率相似的激光探測它們。
將原子以經(jīng)典物理學定律不可能的方式關(guān)聯(lián)在一起，使科學家能夠更準確地測量原子的振蕩。麻省理工學院的研究小組認為，如果原子被糾纏，它們的單個振蕩將在一個共同的頻率附近收緊，與不被糾纏相比，偏差較小。因此，原子鐘可以測量的平均振蕩將具有超出標準量子極限的精度。
研究人員糾纏了約350個鐿原子，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10萬倍。該小組使用標準技術(shù)冷卻原子并將其捕獲，困在由兩個反射鏡形成的光學腔中。然后，他們通過激光腔發(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測量其振蕩的平均頻率。與不糾纏原子的類似實驗相比，他們發(fā)現(xiàn)帶有糾纏原子的原子鐘達到了所需精度的4倍。
