Поиски идеала это бесконечный поход по пустыне. Мы идем по бескрайнему морю песка, пересекая бархан за барханом, пока палящее солнце медленно, но верно отбирает у нас последние запасы воли и надежды. И вот на горизонте мы видим нечто прекрасное, нечто, что мы так надеялись найти. Но пустыня обманчива и коварна, а образ, увиденный нами, всего лишь мираж.

И мы продолжаем идти дальше, пока горячий ветер заметает наши следы, не оставляя возможности вернутся назад. Идеал это мираж, к которому мы постоянно стремимся, и который ускользает от нас, как только мы к нему приближается. Каждый раз, когда кто-то создает что-то идеальное, оно существует в таком статусе недолго, ибо всегда есть куда расти, всегда есть место для совершенствования. Эта пустыня не имеет конца.

Еще один аспект бытия, который мы по своей наивности считаем подконтрольным нам, это время. Мы его уделяем, коротаем, экономим, измеряем и отсчитываем, но по большей степени мы его теряем. Атомные часы считаются идеальным инструментом измерения времени. Но с каждым новым таким устройством предыдущее теряет свой «эталонный» статус, а идеал, как ему это свойственно, становится на шаг ближе и на два шага дальше.

Сегодня мы познакомимся с исследованием ученых из МТИ (Массачусетский технологический институт, США), в котором они описывают новый тип атомных часов, способных отсчитывать время точнее своих предшественников.

Каковы фундаментальные физические принципы, заложенные в данное устройство, как оно работает, и насколько точно в этот ученые отмеряют время? Ответы на эти вопросы ждут нас в докладе ученых.

Основа исследования

Современные атомные часы основаны на точном обнаружении разницы энергий между двумя атомными уровнями, которая измеряется в единицах квантовой фазы, накопленной за установленный интервал времени. Стабильность часов на оптической решетке (OLC от optical-lattice clock) ограничивается как прерыванием интеррогации («допрос» системы) атомной системы лазером автогенератора* (эффект Дика*; Local Oscillator Induced Instabilities in Trapped Ion Frequency Standards), так и стандартным квантовым пределом* (SQL от standard quantum limit), который возникает из-за квантового шума, связанного с дискретными измерениями.

Автогенератор (local oscillator)* — электронный генератор с самовозбуждением, вырабатывающий электрические (электромагнитные) колебания, которые поддерживаются подачей по цепи положительной обратной связи части переменного напряжения с выхода автогенератора на его вход.

Эффект Дика* — ограничение стабильности частоты пассивного атомного стандарта частоты, когда вспомогательный источник частоты дискретизируется исключительно периодически.

Стандартный квантовый предел (SQL)* — ограничение, накладываемое на точность непрерывного или многократно повторяющегося измерения какой-либо величины, описываемой оператором, который не коммутирует сам с собой в разные моменты времени.

Методы нивелировать эффект Дика уже существуют, однако система, способная работать за пределами SQL за счет создаваемых квантовых корреляций (т.е. за счет запутываний) между атомами, пока что рассматривалась исключительно в теоретическом виде.

В данном труде ученые описывают процесс успешного создания многоатомного запутанного состояния при OLC переходе для демонстрации последовательности Рэмси с отклонением Аллана ниже SQL после вычитания шума автогенератора.