Феномен квантовой запутанности поможет физикам создать самые точные в мире часы (кратко об этом мы уже писали). С помощью квантовых сетей учёные могут построить всемирную сеть атомных часов, которая стала бы несравнимо более точной, чем отдельно взятые приборы, бьющие рекорды точности и стабильности сегодня.

Такая глобальная сеть помогла бы установить новый стандарт хронометража. Перемены в измерении времени помогут не только наладить точность космической навигации, но и сделает фундаментальные физические измерения намного более ясными.

К примеру, подтвердить существование гравитационных волн можно только при работе с абсолютно точными часами.

«Мы пытаемся сыграть роль предсказателей. Все необходимые составляющие глобальной квантовой сети точнейших в истории часов уже доступны человеку, поэтому я и мои коллеги рассказываем, чего бы могла достичь наука, если собрать все эти кусочки воедино», — поясняет ведущий автор исследования Эрик Кесслер (Eric Kessler), физик из Гарвардского университета, который работал совместно со знаменитым коллегой российского происхождения Михаилом Лукиным.

Идея учёных основана на двух «модных» течениях в исследовании современной физики.

• Первый «тренд» — это попытка собрать наиболее точные атомные часы. Напомним, что на сегодняшний день таковыми являются стронциевые часы, представленные инженерами из Национального института стандартов и технологий США в январе 2014 года.

Рис. 1. Точные часы позволят напрямую зафиксировать гравитационные волны (иллюстрация Wikimedia Commons, Henze, NASA).

• Второй «тренд» — исследование феномена квантовой запутанности. Две запутанные частицы, пусть даже они разделены миллиардами световых лет, мгновенно меняют состояние с одного на другое в зависимости от состояния частицы-собрата. Физики полагают, что именно за квантовой запутанностью стоит возможность мгновенной передачи информации, а когда-нибудь, возможно, и предметов.

Принцип работы квантовой сети атомных часов основан на том, чтобы ввести атомы в приборах в состояние запутанности друг с другом. Таким образом они оказались бы неразрывно связаны и работали бы как единое целое.

«Представьте себе сеть из десяти спутников на орбите Земли, в каждом из которых есть свои атомные часы. Один из спутников, некий центр сети, вводит в состояние квантовой запутанности атом в приборе и тот "сцепляется» с атомом в часах соседнего спутника. В конечном счёте сеть охватит все десять спутников и они будут работать в строгой зависимости друг от друга", — рассказывает Кесслер.

Как поясняют физики в своей статье, опубликованной в журнале Nature Physics, запутанность улучшает точность атомных часов за счёт сокращения шумовых эффектов. Именно по этой причине несколько часов, объединённых в единую сеть, будут намного точнее, чем каждый прибор в отдельности.

Рис. 2.

Максимальную стабильность сети атомных часов обеспечит обмен информацией: каждые отдельные часы могут отправить случайные обновления данных центральному спутнику, и за счёт этого можно будет проверять, идут ли все «маятники» в такт друг другу.

Новый стандарт хронометража позволит мировым финансовым рынкам работать в почти идеальной синхронности друг с другом. Квантовая сеть атомных часов также может быть использована для повышения производительности системы глобального позиционирования, то есть GPS-спутников, которые полагаются на стандарты точного времени, для определения местоположения объектов на земле.

Однако, прежде чем достичь абсолюта в измерении времени, нужно будет пройти очень долгий путь от теории к практике. Радует, что некоторые части квантовой сети Лукин и его коллеги уже сконструировали в лаборатории. До сих пор учёным удалось ввести в состояние квантовой запутанности 14 атомов, однако и этого может быть недостаточно для правильной работы атомных часов в глобальной сети.

Тем не менее, физики считают, что

идея вполне осуществима, хоть и требует массы времени и усилий. Возможно, через полвека или даже раньше, мы станем свидетелями появления нового стандарта хронометража и всего, что из этого следует.