Определянето на хода на времето в нашия свят на тиктакащи часовници и колебаещи се махала е просто преброяване на секундите между „тогава“ и „сега“. В квантовия мащаб обаче „тогава“ невинаги може да се предвиди. Още по-лошо е, че „сега“ често се размива в мъгла от неяснота. За някои сценарии хронометърът просто няма да свърши работа.

Според проучване на изследователи от Университета в Упсала, Швеция, от 2022 г. потенциално решение може да се намери в самата форма на квантовата мъгла.

Техните експерименти върху вълновата природа на нещо, наречено състояние на Ридберг, разкриват нов начин за измерване на времето, който не изисква точна начална точка. Pидберговите атоми са пренадутите балони в царството на частиците. Надути с лазери вместо с въздух, тези атоми съдържат електрони в изключително високоенергийни състояния, които обикалят далеч от ядрото.

Разбира се, не е необходимо всяко изпомпване на лазера да раздува атома до карикатурни размери. Всъщност лазерите редовно се използват за привеждане на електроните в по-високи енергийни състояния за различни цели. В някои приложения втори лазер може да се използва за наблюдение на промените в позицията на електрона, включително на времето. Тези техники на „помпа-сонда“ могат да се използват например за измерване на скоростта на някои свръхбързи електронни устройства.

Въвеждането на атоми в състояния на Ридберг е удобен трик за инженерите, не на последно място, когато става въпрос за проектиране на нови компоненти за квантови компютри. Излишно е да казвам, че физиците са събрали значително количество информация за начина, по който електроните се движат, когато са вкарани в състояние на Ридберг.

Тъй като са квантови продукти, движенията им обаче не приличат толкова на плъзгане на топчета по малко сметало, колкото на игра на рулетката, където всяко хвърляне и скок на топчето са впрегнати в една игра на късмета. Математическият правилник за тази динамична игра на електронна рулетка на Ридберг се нарича вълнови пакет на Ридберг.

Подобно на истинските вълни, наличието на повече от един пакет вълни на Ридберг в пространството води до интерференция и до уникални модели на вълни. Ако хвърлите достатъчно Ридбергови вълнови пакети в едно и също атомно езеро, всеки от тези уникални модели ще представлява различното време, необходимо на вълновите пакети да се развият в съответствие един с друг.

Именно тези „отпечатъци“ на времето са целта на физиците, които провеждат този набор от експерименти, за да докажат, че те са достатъчно последователни и надеждни, за да послужат като форма на квантов времеви печат. Изследванията им включват измерване на резултатите от лазерно възбудени хелиеви атоми и съпоставяне на резултатите им с теоретичните прогнози, за да покажат как резултатите от подписите им могат да заместят продължителността на времето.

„Ако използвате брояч, трябва да определите нула. Започвате да броите в някакъв момент“, обяснява пред New Scientist физикът Марта Берхолц от Университета в Упсала, Швеция, която ръководи екипа. „Предимството на това е, че не е необходимо да стартирате часовника - просто поглеждате интерференчната структура и казвате „добре, изминаха 4 наносекунди“.

Пътеводителят на еволюиращите вълнови пакети на Ридберг би могъл да се използва в комбинация с други форми на спектроскопия с помпена сонда, които измерват събития в малък мащаб, когато сега и тогава са по-малко ясни или просто твърде неудобни за измерване.

Важното е, че нито един от пръстовите отпечатъци не изисква тогава и сега, за да служи като отправна и крайна точка на времето. Това би било все едно да измервате състезанието на неизвестен спринтьор спрямо редица конкуренти, бягащи с определена скорост.

Като търсят наличието на интерфериращи състояния на Ридберг сред проба от атоми с помпа-сонда, техниците биха могли да наблюдават времеви отпечатък за събития, които са толкова мимолетни, колкото само 1.7 трилионни части от секундата. Бъдещите експерименти с квантови часовници биха могли да заменят хелия с други атоми или дори да използват лазерни импулси с различни енергии, за да разширят справочника на времевите маркери, така че да отговарят на по-широк спектър от условия.

Снимка: Unsplash

Виж още: Запознайте се с планетата, която се върти перпендикулярно на звездите си