物理学家首次让两个原子钟实现了量子纠缠

物理学家首次将两个光学原子钟纠缠在一起。这一突破可能是超越当前前沿时序限制和量子计算一个令人兴奋的分支的一种方式：量子密码学中的一个极好的工具。

原子钟通过测量原子的共振频率来充当计时器，因为它们的电子在能级之间切换。传统上这是使用铯原子和微波来完成的，但自 2000 年以来，已经使用了使用可见光的新原子。这些是使用镱、汞和锶等元素的光学原子钟。

最近，光学原子钟已被用于在精确计时方面取得令人瞩目的进步。它们的精度是传统铯原子钟的 100 倍。如此精确以至于它们很快就会被用来重新定义第二个。但它们也有其局限性。特别是当需要多个时钟时。

这些光学时钟非常精确，可以测试重力的微小变化，既可以测试相对论等理论，也可以研究我们脚下实际发生的事情。然而，这些方法需要在不同时钟之间进行比较，对于独立设备，这些测量的准确性将取决于标准量子限制。同步两个原子钟很困难，因为即使只是测量它们也会改变它们并引入错误。但是有一种方法可以减少测量次数，这就是量子“魔法”发生的地方。

在两个时钟中纠缠原子可以达到量子理论允许的极限精度，即海森堡极限。在这项发表在《自然》杂志上的研究中，研究人员报告了在一个系统中实现这一点的能力，该系统由两个由单个锶原子制成的时钟组成，每个时钟相隔 2 米。他们将不确定性降低了 1.4 倍。

纠缠是一种特殊状态，我们将不同的粒子视为单个系统的一部分。改变一个会立即导致另一个改变，无论多远。理论上，这可能发生在宇宙两端的两个粒子之间，这一事实让许多科学家感到不安。爱因斯坦称其为“幽灵般的远距离行动”。但这不是因果关系。粒子处于单一纠缠状态，因此通过对一个粒子做某事（如观察），你实际上是在作用于整个状态，即使它延伸了数十亿光年。

在实验室中，纠缠态与这个庞大而强大的系统相去甚远。它们非常脆弱，很容易折断。新工作强调这仍然是一个大问题，而且这个简单的光学时钟网络只是一个概念证明。该研究不仅强调了该方法的局限性，还强调了可能的解决方案。光学原子钟在兑现承诺之前仍有一些障碍需要克服。