Marcar a passagem do tempo em um mundo de relógios de tique-taque e pêndulos balançando é um simples caso de contar os segundos entre “então” e “agora”.
Na escala quântica de elétrons zumbindo, no entanto, “então” nem sempre pode ser antecipado. Pior ainda, “agora” muitas vezes borra em uma névoa de incerteza. Um cronômetro simplesmente não vai cortá-lo para alguns cenários.
Uma solução em potencial poderia ser encontrada na própria forma da neblina quântica em si, de acordo com pesquisadores da Universidade de Uppsala, na Suécia.
Esta pesquisa foi publicada na Physical Review Research.
Entendendo o estado rydberg
Seus experimentos sobre a natureza ondulada de algo chamado estado rydberg revelaram uma nova maneira de medir o tempo que não requer um ponto de partida preciso.
Os átomos de Rydberg são os balões superinflados do reino das partículas. Inchados com lasers em vez de ar, esses átomos contêm elétrons em estados de altíssima energia, orbitando longe do núcleo.
Claro, nem toda bomba de laser precisa soprar um átomo até proporções cartunescas. Na verdade, os lasers são rotineiramente usados para fazer cócegas em elétrons em estados de maior energia para uma variedade de usos.
1s13p1Pe. Ele 1s14p1P com separação de energia de ΔE=11Mev. c) Após a excitação XUV, o WP consiste em todos os níveis de energia entre
n=10e ∞.
Em algumas aplicações, um segundo laser pode ser usado para monitorar as mudanças na posição do elétron, incluindo a passagem do tempo. Estas técnicas de “bomba-sonda” podem ser usadas para medir a velocidade de certos eletrônicos ultrarrápido, por exemplo.
Induzir átomos nos estados de Rydberg é um truque útil para os engenheiros, especialmente quando se trata de projetar novos componentes para computadores quânticos. Desnecessário dizer, os físicos acumularam uma quantidade significativa de informações sobre a forma como os elétrons se movem quando cutucados em um estado de Rydberg.
O livro de regras matemáticas por trás deste jogo selvagem da roleta eletrônica rydberg é referido como um pacote de ondas Rydberg.
Assim como ondas reais em um lago, ter mais de um pacote de ondas rydberg ondulando em um espaço cria interferência, resultando em padrões únicos de ondulações. Jogue pacotes de ondas rydberg suficientes no mesmo lago atômico, e esses padrões únicos representarão cada um o tempo distinto que leva para os pacotes de ondas evoluírem de acordo uns com os outros.
Foram essas “impressões digitais” do tempo que os físicos por trás deste último conjunto de experimentos se propus a testar, mostrando que eram consistentes e confiáveis o suficiente para servir como uma forma de timestamping quântico.
A pesquisa
Sua pesquisa envolveu medir os resultados de átomos de hélio excitados a laser e combinar suas descobertas com previsões teóricas para mostrar como seus resultados de assinatura poderiam permanecer por um período de tempo.
“Se você está usando um contador, você tem que definir zero. Você começa a contar em algum momento. O benefício disso é que você não precisa começar o relógio – basta olhar para a estrutura de interferência e dizer ‘ok, foram 4 nanossegundos'.”
explicou a física Marta Berholts, da Universidade de Uppsala, na Suécia, que liderou a equipe, ao New Scientist.
Um guia de pacotes de ondas rydberg em evolução poderia ser usado em combinação com outras formas de espectroscopia de sonda de bomba que medem eventos em uma escala minúscula, quando agora e depois são menos claros, ou simplesmente inconvenientes demais para medir.
É importante ressaltar que nenhuma das impressões digitais requer um momento e agora para servir como ponto de partida e parada para o tempo. Seria como medir a corrida de um velocista desconhecido contra vários competidores correndo em velocidades definidas.
Ao procurar a assinatura de estados de Rydberg interferindo em meio a uma amostra de átomos de sonda de bomba, os técnicos puderam observar um estamp de tempo para eventos tão fugazes quanto apenas 1,7 trilhões de segundo.
Futuros experimentos de relógio quântico poderiam substituir o hélio por outros átomos, ou mesmo usar pulso laser de diferentes energias, para ampliar o guia de fusos de tempo para se adequar a uma gama mais ampla de condições.
Este artigo é traduzido e adaptado do original em ScienceAlert.
