Elektron-bølger i en kvantedam
Rydberg-atomer er atomer i en særlig type exciteret tilstand. Det betyder, at atomet har et højere energiniveau end sin grundtilstand, men det er stadig bundet til en tilstand.
Atomerne bliver beskudt med lasere for at presse deres elektroner til ekstremt høje energitilstande, hvilket skubber elektronerne længere væk fra atomets kerne.
Derfor vil elektronerne bevæge sig i baner, der er længere væk fra atomets kerne end normalt. Dette beskriver atomets Rydberg-tilstand, som indgår i en såkaldt bølgepakke.
Når Rydberg-bølgepakker støder sammen med andre bølgepakker, der minder om dem, kan der opstå interferens, hvor de blander sig og får nogle unikke bølgemønstre.
Og har du flere af disse bølgepakker i samme kvante-”dam”, som forskerne kalder det, så får du en masse forskellige unikke blandingsmønstre.
Hvert unikke mønster repræsenterer den unikke tid, det har taget at udvikle sig sammenlignet med alle de andre mønstre i dens nærhed. Det skaber det, som forskerne kalder tidsstempler – en slags fingeraftryk i tiden.
1,7 billiontedel af et sekund
I en række eksperimenter testede forskerne disse tidsstempler for at se, om de kunne bruges som en ny måde at måle tid på.
Mere lavpraktisk så kan kvante-stopuret fortælle, hvor længe heliumatomer har eksisteret i en Rydberg-tilstand. Det er altså ændringer i elektronernes positioner i et atom, der måles.
Ved at bombardere disse heliumatomer med en laserpuls kombineret med korte impulser af ultraviolet lys, kunne forskerne måle tiden i et spektrum.
Den tid kvante-stopuret kan måle kan virke uendeligt lille for os mennesker, men på kvanteniveau kan selv korte tidsintervaller som et sekund virke som millioner af år.
Håbet er, at metoden kan hjælpe forskere med at måle øjeblikke helt ned til 1,7 billiontedel af et sekund, uden at bruge visere eller tællere.
Mere præcist lavede forskerne målinger ned til 81 picosekunder (en trilliontedel af et sekund) , der havde en fejlmargin, som ikke var større end otte femtosekunder (en kvadrilliontedel af et sekund).
"Hvis du bruger en viser, skal du definere nul. Du begynder at tælle ud fra et tidspunkt,” fortæller en af forskerne bag uret, Marta Berholts fra Uppsala Universitet til netmediet New Scientist.
"Fordelen ved dette er, at du ikke behøver at starte uret - du ser bare på interferensstrukturen og siger 'okay, der er gået 4 nanosekunder’."
Forskerne mener, at kvante-stopuret kan bruges i blandt andet kvantecomputere ved komplicerede udregninger. Der går derfor nok lidt tid, før der ligger et kvantearmbåndsur i butikkerne.