Tik tak saatlerden ve sallanan sarkaçlardan oluşan dünyamızda zamanın geçişinden bahsetmek, “o zaman” ile “şimdi” arasındaki saniyeleri saymanın basit bir örneğidir.
Ancak, vızıldayan elektronların kuantum ölçeğinde, “o zaman” her zaman tahmin edilebilir değildir. Daha da kötüsü, “şimdi” genellikle bir belirsizlik sisi içinde bulanıktır. Kronometre bazı senaryolarda çalışmaz. İsveç’teki Uppsala Üniversitesi’ndeki araştırmacılar tarafından 2022’de yapılan bir araştırmaya göre, olası bir çözüm kuantum bulutsunun kendisinde yatıyor olabilir. Sözde Rydberg durumunun dalga doğası üzerine yaptıkları deneyler, zamanı ölçmek için kesin bir başlangıç noktası gerektirmeyen yeni bir yöntem ortaya çıkardı.
Rydberg atomları, parçacıklar aleminde aşırı şişirilmiş balonlardır. Bu atomlar havayla değil lazerlerle şişirilir ve çekirdekten çok uzakta yörüngede dönen son derece yüksek enerji durumlarında elektronlar içerir. Tabii ki, bir lazerin her pompalanması bir atomu karikatür boyutuna şişirmek zorunda değildir. Aslında lazerler, çeşitli uygulamalar için elektronları daha yüksek enerji durumlarına getirmek için yaygın olarak kullanılır.
Bazı uygulamalarda, zaman dahil olmak üzere bir elektronun konumundaki değişiklikleri izlemek için ikinci bir lazer kullanılabilir. Örneğin, bu pompa-sonda yöntemleri, bazı ultra hızlı elektronik cihazların hızını ölçmek için kullanılabilir. Atomları Rydberg durumlarına yerleştirmek, özellikle kuantum bilgisayarları için yeni bileşenler tasarlamak söz konusu olduğunda, mühendisler için kullanışlı bir numaradır. Söylemeye gerek yok, fizikçiler elektronların Rydberg durumuna yerleştirildiklerinde nasıl hareket ettikleri hakkında önemli miktarda bilgi topladılar. Bununla birlikte, kuantum hayvanları gibi, hareketleri küçük faturaların arasından süzülen boncuklardan çok, topun her yuvarlanmasının ve sekmesinin bir oyuna indirgendiği bir rulet gecesine benzer.
Bu Rydberg Electron Wild rulet oyununun arkasındaki matematik kural kitabına Rydberg Wave Packet denir.
Gerçek dalgalar gibi, bir odadaki birden fazla Rydberg dalga paketinin dalgalanmaları, benzersiz dalga modelleriyle sonuçlanan girişim yaratır. Yeterince Rydberg dalga paketini aynı atomik havuza atın ve bu benzersiz modellerin her biri, dalga paketlerinin birbiriyle uyum içinde gelişmesi için farklı bir süreyi temsil edecektir. Bu deney dizisinin arkasındaki fizikçilerin, bir kuantum zaman damgası işlevi görecek kadar sabit ve güvenilir olduklarını göstermek için test etmek istedikleri, zamanın bu “parmak izleri”ydi.
Araştırması, helyum atomlarının bir lazerle uyarılmasının sonuçlarını ölçmeyi ve karakteristik sonuçlarının bir süre nasıl dayanabileceğini göstermek için sonuçlarını teorik tahminlerle karşılaştırmayı içeriyordu.
“Sayaç kullanıyorsanız sıfır tanımlamanız gerekir. İsveç’teki Uppsala Üniversitesi’nden ekibe liderlik eden fizikçi Marta Berholz, 2022’de New Scientist’e verdiği demeçte, sonunda saymaya başlıyorsunuz. Bu, saati başlatmanız gerekmediği anlamına gelir – sadece girişim modeline bakıp “Tamam, 4 nanosaniye geçti” dersiniz.
Gelişen Rydberg Wavepacket El Kitabı, zaman zaman ölçümün daha az net olduğu veya basitçe çok külfetli olduğu durumlarda, olayları küçük bir ölçekte ölçen diğer pompa probu spektroskopisi biçimleriyle birlikte kullanılabilir. Her iki parmak izinin de zamanın başlangıç ve bitiş noktaları olarak hizmet etmesi için “o zaman” ve “şimdi”ye ihtiyacı olmadığına dikkat etmek önemlidir. Bu, bilinmeyen bir sprinterin yarışını belirli bir hızda koşan birkaç yarışmacı ile karşılaştırmak gibidir.
Teknisyenler, pompa sondasının atom örnekleri arasında karışan Rydberg durumlarının imzalarını arayarak, saniyenin 1,7 trilyonda biri kadar kısa olaylar için bir zaman damgası gözlemleyebildiler.
Gelecekteki kuantum saati deneyleri, helyumu diğer atomlarla değiştirebilir veya hatta zaman damgası kılavuzunu genişletmek ve onu daha geniş bir koşul aralığına uydurmak için farklı enerjilere sahip lazer darbeleri kullanabilir.
Bu çalışma Physical Review Research adresinden derlenmiştir.