環(huán)球關注：牛津大學物理學家創(chuàng)建量子糾纏的原子鐘網(wǎng)絡

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原子鐘通過測量原子的振動模式來保持時間，而原子的振動模式是非常穩(wěn)定和可預測的。例如，一個銫-133原子每秒會精確振蕩9,192,631,770次，這個數(shù)字自1967年以來一直被用來正式定義秒，為計時設定國家和國際標準。

但總是有改進的余地。使用可見光和鐿等原子的光學原子鐘有可能超過銫原子鐘，現(xiàn)在牛津大學的物理學家已經(jīng)證明了如何使它們更加精確。這樣做需要利用一種叫做量子糾纏的量子現(xiàn)象。

粒子之間可以變得如此糾纏在一起，以至于測量或改變一個粒子會立即影響其伙伴，無論它們之間的距離有多遠。在理論上，這兩個粒子可能處于宇宙的兩端，但仍然會瞬間影響對方。這個想法曾讓愛因斯坦本人感到不安，但幾十年來，它已被實驗證實。

麻省理工學院的物理學家以前曾利用量子糾纏來提高原子鐘的精確度，方法是在一個單一的設備中糾纏一團原子。現(xiàn)在，牛津團隊已經(jīng)將房間對面的兩個獨立的原子鐘相互糾纏在一起。

每個原子鐘都包含一個單一的鍶離子。一束激光被一分為二，然后每束激光以完全相同的方式被調(diào)制，然后被送入每一個原子鐘，撞擊鍶離子。這在離子之間產(chǎn)生了一個量子糾纏鏈接，盡管它們相距2米（6.6英尺）。最終的結果是第一個糾纏原子鐘的量子網(wǎng)絡，它可以被用來比以往更精確地測量時間。研究人員將測量的確定性提高了2倍。

事實上，研究小組表示，糾纏的原子鐘網(wǎng)絡可以超過標準量子極限（SQL），該極限是由于隨機量子波動擾亂測量而產(chǎn)生的。除此之外，精度可以開始接近海森堡極限，這是由量子物理學定律本身設定的一條硬線。

然而，這仍然是所使用的特定裝置無法達到的，該裝置是為量子計算實驗設計的。該團隊說，一個專門的量子糾纏原子鐘網(wǎng)絡可以開始探測主要的物理學難題，如基本常數(shù)，甚至暗物質(zhì)。

該研究的作者Raghavendra Srinivas博士說：“雖然我們的結果在很大程度上是原則性的證明，而且我們實現(xiàn)的絕對精度比最先進的技術水平低幾個數(shù)量級，但我們希望這里顯示的技術有朝一日可以改進最先進的系統(tǒng)。在某些時候，糾纏將是必需的，因為它提供了一條通往量子理論所允許的終極精度的道路。”

這項研究發(fā)表在《自然》雜志上。