ترفند کوانتومی در ساخت ساعت را بشناسید
دانشمندان روش جدید و شگفت‌انگیزی برای دقیق‌تر کردن ساعت‌ها بدون استفاده از انرژی بیشتر کشف کردند.
این یافته می‌تواند آینده زمان‌سنجی فوق‌العاده دقیق را تغییر و همچنین سرنخ‌های جدیدی در مورد چگونگی ارتباط دنیای عجیب فیزیک کوانتومی با قوانین روزمره مانند ترمودینامیک ارائه دهد.
پژوهش گروه تحقیقاتی بین‌المللی دانشمندان دانشگاه فنی «وین»(TU Wien)، دانشگاه فنی «چالمرز» در سوئد و دانشگاه «مالت» بر چگونگی استفاده از رفتار عجیب ذرات کوانتومی برای اندازه‌گیری کارآمدتر زمان متمرکز بود.
آنان اظهار کردند: در حال حاضر، از فناوری کوانتومی در ساعت‌های اتمی استفاده می‌کنیم که از دقیق‌ترین زمان‌سنج‌های جهان هستند. این ساعت‌ها برای نشان دادن گذر زمان به ارتعاشات اتم‌ها متکی هستند اما یک نکته مهمی وجود دارد؛ حتی در فیزیک کوانتومی، همیشه مقداری عدم قطعیت یا تصادفی بودن در نظر گرفته می‌شود. برای دقیق‌تر کردن یک ساعت، معمولا باید از انرژی بیشتری استفاده کرد و این انرژی باعث ایجاد بی‌نظمی یا «آنتروپی» بیشتری در جهان می‌شود.
تاکنون، به نظر می‌رسید که اگر می‌خواهید دقت یک ساعت را دو برابر کنید، باید انرژی را نیز دو برابر افزایش دهید اما نتایج پژوهش جدید این دیدگاه را تغییر می‌دهد، زیرا دانشمندان دریافتند که با استفاده از دو مقیاس زمانی متفاوت - مشابه آنچه یک ساعت هم عقربه ثانیه‌شمار و هم عقربه دقیقه‌شمار دارد - می‌توانند بدون نیاز به انرژی اضافی، دقت را به‌طور چشمگیری افزایش دهند.
پروفسور مارکوس هوبر از دانشگاه فنی «وین» توضیح داد: هر ساعت به دو چیز نیاز دارد، سیگنال زمانی، مانند نوسان آونگ یا ارتعاش اتم و شمارنده که تعداد دفعات وقوع سیگنال را ثبت کند. برای اینکه ساعت مورد استفاده قرار گیرد، چیزی در آن باید به گونه‌ای تغییر کند که قابل معکوس شدن نباشد این همان چیزی است که «آنتروپی» ایجاد می‌کند.
ترفند هوشمندانه در این رویکرد جدید شامل استفاده از ذرات کوانتومی است که می‌توانند بدون اندازه‌گیری یا اختلال، در یک ساختار ساعت‌مانند حرکت کنند. در فیزیک کوانتومی، ذرات می‌توانند تا زمانی که اندازه‌گیری شوند، همزمان در بیش از یک مکان باشند. این «انتقال کوانتومی» به یک ذره اجازه می‌دهد تا به اصطلاح، به صورت نامرئی حرکت کند و «آنتروپی» ایجاد نمی‌کند و فقط زمانی که ذره به انتها می‌رسد و در نهایت اندازه‌گیری می‌شود، تغییری ایجاد می‌کند که «آنتروپی» را افزایش می‌دهد.
سایت ساینس گزارش کرد، با ترکیب این حرکت کوانتومی سریع و بدون «آنتروپی» با یک مرحله کندتر و تولیدکننده «آنتروپی» مانند عقربه ثانیه‌شمار که حرکت عقربه دقیقه‌شمار را فعال می‌کند، دانشمندان دریافتند که می‌توانند به دقت بسیار بیشتری از آنچه انتظار می‌رفت، دست یابند. در واقع دقت در مقایسه با افزایش «آنتروپی» به صورت تصاعدی افزایش می‌یابد.
حتی این گروه تحقیقاتی می‌گوید که این روش را می‌توان با فناوری فعلی، مانند مدارهای ابررسانا که در حال حاضر در آزمایش‌های کوانتومی پیشرفته استفاده می‌شوند نیز آزمایش کرد.
این کشف نه فقط محدودیت‌های اندازه‌گیری دقیق زمان را جابه‌جا می‌کند، بلکه به دانشمندان کمک خواهد کرد تا یکی از بزرگترین اسرار فیزیک را بهتر درک کنند؛ اینکه چگونه قوانین عجیب دنیای کوانتومی با قوانین روزمره ترمودینامیک مطابقت دارند.
این کشف، جهش بزرگ رو به جلو در علم اندازه‌گیری کوانتومی است و می‌تواند درهای جدیدی را برای فناوری‌های آینده باز کند.
نتایج این تحقیق در نشریه Nature Physics منتشر شده است.
