Reloj cuántico - Quantum clock

Un reloj cuántico es un tipo de reloj atómico con iones únicos enfriados por láser confinados en una trampa de iones electromagnéticos . Desarrollado en 2010 por físicos como el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU. , El reloj era 37 veces más preciso que el estándar internacional existente en ese momento. El reloj de lógica cuántica se basa en un ion de espectroscopia de aluminio con un átomo lógico.

Tanto el reloj cuántico basado en aluminio como el reloj atómico óptico basado en mercurio rastrean el tiempo mediante la vibración iónica a una frecuencia óptica utilizando un láser UV , que es 100.000 veces más alto que las frecuencias de microondas utilizadas en NIST-F1 y otros estándares de tiempo similares alrededor. el mundo. Los relojes cuánticos como este pueden ser mucho más precisos que los estándares de microondas.

Precisión

Un reloj de lógica cuántica NIST 2010 basado en un solo ion de aluminio

El equipo del NIST no puede medir los tics de reloj por segundo porque la definición de un segundo se basa en el estándar NIST-F1, que no puede medir una máquina con mayor precisión que él mismo. Sin embargo, la frecuencia medida del reloj de iones de aluminio al estándar actual es1 121 015 393 207 857, 4 (7) Hz . El NIST ha atribuido la precisión del reloj al hecho de que es insensible a los campos eléctricos y magnéticos de fondo y no se ve afectado por la temperatura.

En marzo de 2008, los físicos del NIST describieron un reloj de lógica cuántica experimental basado en iones individuales de berilio y aluminio . Este reloj se comparó con el reloj de iones de mercurio del NIST . Estos eran los relojes más precisos que se habían construido, sin que el reloj ganara ni perdiera tiempo a una velocidad que superaría un segundo en más de mil millones de años.

En febrero de 2010, los físicos del NIST describieron una segunda versión mejorada del reloj de lógica cuántica basada en iones individuales de magnesio y aluminio . Considerado el reloj más preciso del mundo en 2010 con una inexactitud de frecuencia fraccional de 8,6 × 10 −18 , ofrece más del doble de precisión que el original. En términos de desviación estándar , el reloj lógico cuántico se desvía un segundo cada 3.68 mil millones ( 3.68 × 10 9 ) años, mientras que la incertidumbre del reloj atómico de la fuente de cesio estándar internacional NIST-F1 en ese momento era de aproximadamente 3.1 × 10 −16 y se esperaba que no ganara ni perder un segundo en más de 100 millones ( 100 × 10 6 ) años. En julio de 2019, los científicos del NIST demostraron un reloj con una incertidumbre total de 9,4 × 10 −19 (se desvía un segundo cada 33,7 mil millones de años), que es la primera demostración de un reloj con una incertidumbre por debajo de 10 −18 .

Dilatación del tiempo cuántico

"Dos relojes se representan moviéndose en el espacio de Minkowski. El reloj B se mueve en un paquete de ondas de impulso localizado con impulso promedio p B , mientras que el reloj A se mueve en una superposición de paquetes de ondas de impulso localizados con impulso promedio p A y p0 A. Reloj A experimenta una contribución cuántica a la dilatación del tiempo que observa en relación con el reloj B debido a su estado de movimiento no clásico ".

En un artículo de 2020, los científicos ilustraron eso y cómo los relojes cuánticos podrían experimentar una superposición posiblemente comprobable experimentalmente de tiempos adecuados a través de la dilatación del tiempo de la teoría de la relatividad por la cual el tiempo pasa más lento para un objeto en relación con otro objeto cuando el primero se mueve a una velocidad más alta. . En la "dilatación del tiempo cuántico", uno de los dos relojes se mueve en una superposición de dos paquetes de ondas de momento localizados , lo que da como resultado un cambio en la dilatación del tiempo clásica.

Dilatación del tiempo gravitacional en una escala de laboratorio cotidiana

En 2010, un experimento colocó dos relojes cuánticos de iones de aluminio uno cerca del otro, pero con el segundo elevado a 30,5 cm (12 pulgadas) en comparación con el primero, lo que hizo que el efecto de dilatación del tiempo gravitacional fuera visible en las escalas de laboratorio cotidianas.

Relojes experimentales más precisos

La precisión de los relojes cuánticos fue reemplazada brevemente por relojes de celosía óptica basados ​​en estroncio-87 e iterbio-171 hasta 2019. Un reloj de celosía óptica experimental se describió en un artículo de Nature de 2014. En 2015, JILA evaluó la incertidumbre de frecuencia absoluta de su último reloj de celosía óptica de estroncio- 87430 THz a 2,1 × 10 −18 , que corresponde a una dilatación del tiempo gravitacional medible para un cambio de elevación de 2 cm (0,79 pulgadas) en el planeta Tierra que, según a JILA / NIST Fellow Jun Ye está "acercándose mucho a ser útil para la geodesia relativista ". Con esta incertidumbre de frecuencia, se espera que este reloj óptico de celosía óptica JILA no gane ni pierda un segundo en más de 15 mil millones ( 1.5 × 10 10 ) años.

Ver también

Referencias