Determinar el paso del tiempo en nuestro mundo de relojes y péndulos oscilantes es un caso simple de contar los segundos entre ‘entonces’ y ‘ahora’.
Sin embargo, en la escala cuántica de electrones zumbidos, ‘entonces’ no siempre se puede anticipar. Peor aún, ‘ahora’ a menudo se desdibuja en una neblina de vaguedad. Un cronómetro simplemente no va a funcionar para algunos escenarios.
Se puede encontrar una solución potencial en la forma misma de la niebla cuántica en sí, según un estudio de 2022 realizado por investigadores de la Universidad de Uppsala en Suecia.
Mire el video a continuación para obtener un resumen de sus resultados;
Sus experimentos sobre la naturaleza similar a la ola de algo llamado estado de Rydberg revelaron una forma novedosa de medir el tiempo que no requiere un punto de partida preciso.
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Los átomos de Rydberg son los globos sobreinflados del reino de partículas. Hinchados con láseres en lugar de aire, estos átomos contienen electrones en estados de energía extremadamente alta, que orbitan lejos del núcleo.
Por supuesto, no todas las bombas de un láser necesitan hinchar un átomo hasta proporciones de dibujos animados. De hecho, los láseres se usan rutinariamente para hacer cosquillas a los electrones en estados de mayor energía para una variedad de usos.
En algunas aplicaciones, se puede usar un segundo láser para monitorear los cambios en la posición del electrón, incluido el paso del tiempo. Estas técnicas de ‘sonda de bombas’ se pueden utilizar para medir la velocidad de ciertos electrónicos ultrarrápidos, por ejemplo.
Inducir los átomos en los estados de Rydberg es un truco útil para los ingenieros, sobre todo cuando se trata de diseñar componentes novedosos para computadoras cuánticas. No hace falta decir que los físicos han acumulado una cantidad significativa de información sobre la forma en que los electrones se mueven cuando se llevan a un estado de Rydberg.
Sin embargo, al ser animales cuánticos, sus movimientos son menos como cuentas que se deslizan sobre un pequeño ático, y más como una noche en la mesa de la ruleta, donde cada rollo y salto de la pelota se exprime en un solo juego de azar.
El libro de reglas matemáticas detrás de este juego salvaje de ruleta de electrones de Rydberg se conoce como un paquete de olas de Rydberg.
Al igual que las ondas reales, tener más de un paquete de olas Rydberg sobre un espacio crea interferencia, lo que resulta en patrones únicos de ondas.
Tire suficientes paquetes de onda Rydberg en el mismo estanque atómico, y esos patrones únicos representarán el tiempo distinto que tarda los paquetes de onda en evolucionar de acuerdo entre sí.
Fueron estas ‘huellas digitales’ de tiempo que los físicos detrás de este conjunto de experimentos se propusieron probar, lo que demuestra que eran lo suficientemente constantes y confiables como para servir como una forma de marpolpe de tiempo cuántico.
Su investigación implicó medir los resultados de los átomos de helio con láser y coincidir sus hallazgos con predicciones teóricas para mostrar cómo sus resultados de firma podrían resistir un tiempo de tiempo.
“Si estás usando un contador, tienes que definir cero. Comienza a contar en algún momento”, la física Marta Berholts de la Universidad de Uppsala en Suecia, quien dirigió el equipo, explicó a New Scientist en 2022.
“El beneficio de esto es que no tiene que comenzar el reloj: solo mira la estructura de interferencia y dice ‘está bien, han sido 4 nanosegundos'”.
Se podría usar una guía de los paquetes de onda de Rydberg en evolución en combinación con otras formas de espectroscopía de bomba de sonda que miden los eventos en una pequeña escala, cuando de vez en cuando son menos claras, o simplemente son demasiado inconvenientes para medir.
Es importante destacar que ninguna de las huellas digitales requiere una y ahora para servir como un punto de inicio y parada para el tiempo. Sería como medir la carrera de un velocista desconocido contra varios competidores que corren a velocidades establecidas.
Al buscar la firma de los estados interferentes de Rydberg en medio de una muestra de átomos de sonda de bombas, los técnicos podrían observar una marca de tiempo para eventos tan fugaces como solo 1.7 billonésimas de segundo.
Los futuros experimentos de reloj cuántico podrían reemplazar el helio con otros átomos, o incluso usar pulsos láser de diferentes energías, para ampliar la guía de marcas de tiempo para adaptarse a una gama más amplia de condiciones.
Esta investigación fue publicada en la investigación de revisión física.
Una versión anterior de este artículo se publicó en octubre de 2022.