朱崇愷

自從人類開始追蹤時間的流逝以來，計時設(shè)備的精度就在不斷提高。今天，原子鐘的振動是科學(xué)家可以觀察到的穩(wěn)定的周期性事件，因此世界上目前最精確的計時器就是原子鐘，這種精美的儀器使用激光來測量原子的振動。如果原子鐘從宇宙誕生之初就一直在運轉(zhuǎn)，到今天為止累計的誤差也只有半秒。如果能有更準(zhǔn)確的計時方法，那么可以幫助人類檢測諸如暗物質(zhì)和引力波之類的現(xiàn)象，科學(xué)家還可以開始回答一些令人費解的問題，例如重力對時間的流逝可能產(chǎn)生什么影響，以及時間本身是否隨著宇宙的老化而改變。

如今，美國麻省理工學(xué)院物理學(xué)家設(shè)計了一種新型原子鐘。和之前的設(shè)計不同，它測量的不是隨機振蕩的原子云，而是已經(jīng)被量子糾纏的多個原子。為了保持完美的時間，時鐘最好跟蹤單個原子的振蕩。但是原子是如此之小，以至于它按照量子力學(xué)的神秘規(guī)則行事：當(dāng)被測量時，它的行為就像拋一枚硬幣，只有在多次翻轉(zhuǎn)中取平均值才能給出正確的概率。所以傳統(tǒng)的原子鐘被設(shè)計用來測量由成千上萬種相同類型的原子組成的氣體，以便估算其平均振蕩。

在量子力學(xué)里，當(dāng)幾個粒子在彼此相互作用后，由于各個粒子所擁有的特性已綜合成為整體性質(zhì)，無法單獨描述各個粒子的性質(zhì)，只能描述整體系統(tǒng)的性質(zhì)，則稱這一現(xiàn)象為量子糾纏。研究小組認(rèn)為，如果原子被糾纏，它們的振蕩將在一個共同的頻率附近收緊，與不被糾纏相比，偏差更小。因此，新設(shè)計的原子鐘將350個鐿原子糾纏在一起，可以測量的平均振蕩，比沒有糾纏的時鐘高四倍。

原子被捕獲在由兩個反射鏡組成的光學(xué)腔中，當(dāng)通過腔設(shè)置“擠壓”激光器時，原子會糾纏在一起，然后使用第二個激光器測量其頻率，以此作為更精確的原子鐘