Kvantový entanglement je prapodivná záležitost. Když jsou kvantově provázány, tedy entanglovány dvě částice nebo i více částic najednou, tak mezi nimi vznikne doslova magické pouto. Pokud se jedna částice určitým způsobem změní, když se třeba změní její spin, čili vnitřní moment hybnosti, tak se stejná změna okamžitě projeví i na druhé částici, ať je jakkoliv daleko.


Jak čtenáři OSLA jistě dobře vědí, jinak neohrožený Albert Einstein se kvantového entanglementu bál a mluvil o strašidelném působení na dálku (spooky action at a distance). Kvantovou mechaniku prostě neměl tak úplně v lásce. Doba pokročila a vědci se dneska už strašidelného působení na dálku tolik nebojí. Jsou stateční a se snaží tomuto úžasnému fenoménu dostat pod kůži. Poslední dobou jim přestává stačit kvantové provázání dvojic anebo několika málo částic a zkoušejí entanglovat větší skupiny atomů. Nedělají to přitom jen tak pro zábavu. Pokud se jim bude dařit, tak bychom na jejich výzkumu časem mohli vybudovat všehoschopné kvantové počítače anebo ultrapřesné atomové hodiny.


Právě snaha vyvinout novou technologii až neslušně přesných atomových hodin motivovala výzkum Vladana Vuletiće z MIT a jeho kolegů. Nedávno se jim podařilo kvantově entanglovat 3 tisíce atomů najednou pomocí jediného fotonu, což jim zaručilo pozornost celého světa a publikaci v prestižním Nature. Stali se totiž držiteli světového rekordu v počtu najednou entanglovaných částic, i když to nejspíš nebude nadlouho. Dosavadní rekord přitom činil 100 entanglovaných atomů a byl považován za zcela unikátní úspěch.


Vuletić a spol. sami tvrdí, že jejich postup představuje realistickou metodu pro tvorbu velkých souborů entanglovaných atomů, takže se brzy můžeme dočkat nových rekordů. Právě takové početné soubory entanglovaných atomů jsou klíčovou komponentou pro vývoj ještě přesnějších atomových hodin. Vuletićův tým prokázal, že s jediným fotonem lze entanglovat doopravdy hodně atomů. Vytvořili tím úplně novou třídu entanglovaných stavů, která se teď stala dostupná našemu zvědavému zkoumání.


Nejlepší atomové hodiny dneška jsou založené na přirozených vibracích oblaku ultrachladných atomů v laserové pasti. Když atomy takového oblaku vibrují, tak fungují jako kyvadlo a udržují plynulé měření času. Skrz oblak uvězněných atomů prochází laserový paprsek, který detekuje vibrace atomů a určuje z nich délku časových intervalů. Podle Vuletiće jsou dnešní atomové hodiny samozřejmě úžasné. Ty nejlepší z nich by se od Velkého třesku, tedy za 13,8 miliardy let, zpozdily o necelou minutu. Jenže Vuletić a spol. chtějí postavit ještě lepší. Teď v tom učinili významný pokrok.


Vtip je v tom, že přesnost takových atomových hodin vzrůstá s počtem atomů v laserové pasti. Pokud jde o běžné atomy, tak přesnost atomových hodin odpovídá druhé odmocnině jejich počtu, tj. hodiny, které mají devětkrát víc atomů v laserové pasti, jsou jenom třikrát přesnější. Když jsou ale v laserové pasti entanglované atomy, tak jejich přesnost odpovídá počtu atomů. Hodiny, co mají devětkrát víc měřených atomů, jsou také devětkrát přesnější. Takže, čím víc entanglovaných atomů dokážeme nacpat do laserové pasti, tím budou atomové hodiny přesnější.






Video:  CAP 2014: V. Vuletic – Very Attractive Photons.



Literatura

Nature 519: 439–442, Wikipedia (Quantum Entanglement, Atomic Clock).

Obrázky
Ilustrační snímek atomových hodin založených na atomech stroncia. Kredit: Ye group & Baxley / JILA.