Tvůrčí chaos Laboratoře kvantových sítí. Kredit: University of Oxford.

Atomové hodiny měří čas pomocí vibrací atomů, které jsou výjimečně stabilní. Například atom cesia-133 udělá ve standardních podmínkách přesně 9 192 631 770 oscilací za sekundu, ať se děje, co se děje. Právě tohle číslo se od roku 1967 používá pro oficiální definici sekundy, na kterou navazují mezinárodní i národní standardy měření.

Ultrapřesné atomové hodiny se stronciem. Kredit: Shimon Kolkowitz / UW–Madison.

Zní to fantasticky, ale stále je co zlepšovat. Optické atomové hodiny, které využívají viditelné světlo a atomy jako je ytterbium či stroncium, by mohly překonat cesiové atomové hodiny. Potvrzuje to i pozoruhodný úspěch týmu britských fyziků z Oxfordu, kterým se podařilo kvantově provázat optické atomové hodiny. Tým MIT již dříve zlepšil přesnost atomových hodin kvantovým provázáním (entanglement) oblaku atomů uvnitř jednoho zařízení.

Vedoucí výzkumu Raghavendra Srinivas z University of Oxford a jeho kolegové teď dokázali kvantově provázat dvoje atomové hodiny, které sice byly v jedné místnosti, ale dělila je vzdálenost 2 metrů. Oboje atomové hodiny přitom obsahovaly vždy jediný iont stroncia. Badatelé použili laserový paprsek, který rozdělili na dva a ty nové paprsky pak poslali zvlášť do atomových hodin, kde každý z nich zasáhl příslušný iont stroncia. Výsledkem bylo kvantové provázání těchto iontů.

Logo. Kredit: University of Oxford.

Uvedeným postupem vznikla vůbec první kvantová síť provázaných atomových hodin. Taková síť může být použita k doposud nejvíce přesnému měření času. Srinivas s kolegy tímto způsobem snížili dosavadní nepřesnost podobných měření o faktor dvou. Jsou přesvědčeni, že kvantové sítě provázaných atomových hodin mohou prolomit Standard Quantum Limit (SQL), který je výsledkem náhodných kvantových fluktuací, komplikujících měření. Poté se začnou přibližovat Heisenbergovu limitu, který je dán zákonitostmi kvantové fyziky.

Se stávajícím experimentálním uspořádáním, které bylo původně navrženo pro experimenty s kvantovými výpočty, je samotný Heisenbergův limit nedosažitelný. Nicméně, taková specializovaná síť kvantově provázaných atomových hodin může podle autorů studie přispět ke zkoumání zásadních fyzikálních záhad dneška, včetně temné hmoty.

Literatura

New Atlas 9. 9. 2022.

Nature online 7. 9. 2022.