麻省理工学院的研究人员设计了一种方法，可以帮助建造迄今为止最精确的原子钟。

这种新型原子钟非常精确，140亿年后的误差还不到十分之一秒，这将有助于科学家研究重力对时间的影响。

他们的设计以量子纠缠原子为中心，而不是测量随机振荡的原子。为此，美国专家的设计利用了一种叫做量子纠缠的奇异现象，在这种现象中粒子会紧密地连接在一起。

原子钟

研究人员解释说，这种纠缠有助于减少测量原子振荡时的不确定性，原子时钟用来计时。

这个时钟可以用来揭示构成宇宙四分之三以上的难以捉摸的“暗物质”，也可以用来研究引力对时间的影响。

麻省理工学院的电子工程师、论文作者Edwin Pedrozo-Penafiel说:“与目前最先进的光学时钟相比，量子纠缠增强光学原子钟有可能在1秒内达到更高的精度。”

就像老爷钟利用摆锤的摆动来计时一样，原子钟利用激光来测量原子云的有规律的摆动这是科学家目前可以观测到的最稳定的周期性事件。

理想情况下，人们可以利用单个原子的运动。然而在原子尺度上，奇异的量子力学规则开始发挥作用测量的概率必须被平均出来，才能产生可靠的数据。

麻省理工学院(MIT)的物理学家、论文作者科伦坡(Simone Colombo)解释说:“当你增加原子的数量时，所有这些原子的平均值都趋向于给出正确的值。”

目前的原子钟测量数千个超冷原子用激光把它们关在一个光学“陷阱”里，然后用另一种频率与被测原子振动频率相似的激光探测它们。

然而，即使是这种方法也存在一定程度的量子不确定性但是，正如研究小组所展示的那样，其中一些问题可以通过量子纠缠消除，在量子纠缠中，一组原子可以进行相关测量。

研究人员解释说，这意味着纠缠原子的单个振荡在一个共同频率附近被收紧，从而提高了时钟测量的精度。

在他们的新设计中，佩德罗索-佩纳菲耶尔博士和同事们让大约350个稀土元素镱原子纠缠在一起，镱原子每秒振荡10万次，比铯原子(传统原子钟中使用的元素)的频率要高。

这一事实意味着，如果追踪准确的话，这种新时钟甚至可以分辨出更小的时间内部因素，从而变得更准确。

和普通原子钟一样，研究小组将原子困在由两个镜子包围的光学腔中，然后发射激光穿过腔，使激光在两个镜子之间反弹，反复与原子相互作用并使它们纠缠在一起。

论文作者、同样来自麻省理工学院的物理学家Chi Shu称，这就好像光充当了原子之间的通讯纽带。

“第一个看到这束光的原子会轻微地改变这束光，这束光也会改变第二个原子、第三个原子，经过许多个周期，原子集体地相互了解，并开始表现出相似的行为。”

然后，研究小组用另一种激光测量原子的平均频率与现有原子钟所用的方法类似。研究小组发现，这种纠缠让时钟以快4倍的速度达到预期精度。

麻省理工学院的物理学家、论文作者Vladan Vuletic说:“你总是可以通过测量更长的时间来让时钟更精确。”

“问题是，你需要多长时间才能达到一定的精度。许多现象需要用快速的时间尺度来衡量。”

Vuletic教授补充说，新的时钟设计可以用来更好地解决宇宙中各种未解之谜。

该研究的全部发现发表在《自然》杂志上。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料：https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-9060093/Atomic-clock-new-design-tenth-second-14-BILLION-years.html

https://finance.yahoo.com/news/mit-atomic-clock-quantumly-entangled-atoms-154816392.html