Kvantové hodiny - Quantum clock
A kvantové hodiny je typ atomové hodiny s laserem chlazený singl ionty uzavřeny společně v lapač elektromagnetických iontů. Vyvinuto v roce 2010 fyziky jako USA Národní institut pro standardy a technologie, hodiny byly 37krát přesnější než tehdy existující mezinárodní standard.[1] Kvantové logické hodiny jsou založeny na iontu hliníkové spektroskopie s logickým atomem.
Oba hliník - kvantové hodiny založené na a rtuť - založené na optice atomové hodiny sledovat čas iontovou vibrací na optické frekvenci pomocí a UV laser, což je 100 000krát vyšší než mikrovlnné frekvence používané v NIST-F1 a další podobné časové standardy po celém světě. Takové kvantové hodiny mohou být mnohem přesnější než mikrovlnné standardy.
Přesnost

Tým NIST není schopen měřit taktovací tahy za sekundu, protože definice sekundy je založena na NIST-F1, který nedokáže měřit přesnější stroj. Avšak měřená frekvence hliníkových iontových hodin podle současného standardu je 1121015393207857,4 (7) Hz.[2] NIST přisuzovaly přesnost hodin skutečnosti, že jsou necitlivé na magnetické a elektrické pole pozadí a nejsou ovlivněny teplotou.[3]
V březnu 2008 fyzici v NIST popsal experimentální kvantové logické hodiny založené na jednotlivci ionty z berylium a hliník. Tyto hodiny byly porovnány s hodinami NIST rtuť iontové hodiny. Jednalo se o nejpřesnější hodiny, které byly zkonstruovány, přičemž hodiny nezískávaly ani neztrácely čas rychlostí, která by za více než miliardu let překročila sekundu.[4]
V únoru 2010 popsali fyzici NIST druhou, vylepšenou verzi kvantových logických hodin založenou na jednotlivcích ionty z hořčík a hliník. Považovány za nejpřesnější hodiny na světě v roce 2010 s nepřesností částečné frekvence 8.6 × 10−18, nabízí více než dvojnásobnou přesnost originálu.[5][6]Ve smyslu standardní odchylka, kvantové logické hodiny se odchylují každou sekundu každých 3,68 miliardy (3.68 × 109) let, zatímco tehdy platný mezinárodní standard NIST-F1 Cesiová fontána nejistota atomových hodin byla asi 3,1 × 10−16 se očekává, že nezíská ani neztratí sekundu ve více než 100 milionech100 × 106) roky.[7][8] V červenci 2019 vědci NIST demonstrovali takové hodiny s naprostou nejistotou 9.4 × 10−19 (odchyluje se každou sekundu každých 33,7 miliard let), což je první ukázka hodin s nejistotou níže 10−18.[9][10][11]
Gravitační dilatace času v každodenním laboratorním měřítku
V roce 2010 experiment umístil dva hliníkové iontové kvantové hodiny blízko sebe, ale s druhým zvýšeným 12 v (30,5 cm) ve srovnání s prvním, což gravitační dilatace času efekt viditelný v každodenních laboratorních vahách.[12]
Přesnější experimentální hodiny
Přesnost kvantových hodin byla krátce překonána optické mřížkové hodiny na základě stroncium-87 a ytterbium-171 do roku 2019.[9][10][11] Experimentální hodiny s optickou mřížkou byly popsány v dokumentu Nature z roku 2014.[13]V roce 2015 JILA vyhodnotili absolutní nejistotu frekvence jejich nejnovějších stroncium-87 optické mřížkové hodiny na 2.1 × 10−18, což odpovídá měřitelnosti gravitační dilatace času pro změnu nadmořské výšky 2 cm (0,79 palce) na planetě Zemi, jak uvádí JILA / NIST Fellow Jun Ye je „přiblížit se k relativistické užitečnosti geodézie ".[14][15][16]Při této frekvenční nejistotě se očekává, že tyto optické hodiny JILA s optickou mřížkou nezískají ani neztratí sekundu za více než 15 miliard (1.5 × 1010) roky.[17]
Viz také
Reference
- ^ Ghose, Tia (5. února 2010). „Vysoce přesné kvantově-logické hodiny dávají starým atomovým hodinám ostudu“. Kabelové. Citováno 2010-02-07.
- ^ „Frekvenční poměr jedno-iontových optických hodin Al + a Hg +; metrologie na 17. desetinném místě“ (PDF). sciencemag.org. 28. března 2008. Citováno 2013-07-31.
- ^ „Kvantové hodiny se ukazují být stejně přesné jako nejpřesnější hodiny na světě“. azonano.com. 7. března 2008. Citováno 2012-11-06.
- ^ Swenson, Gayle (7. června 2010). „Tisková zpráva: NIST„ Quantum Logic Clock “soupeří s Mercury Ion jako nejpřesnější hodiny na světě“. NIST.
- ^ Druhé „kvantové logické hodiny“ NIST založené na hliníkovém iontu jsou nyní nejpřesnější hodiny na světě, NIST, 4. února 2010
- ^ C.W Chou; D. Hume; J.C.J. Koelemeij; D.J. Wineland & T. Rosenband (17. února 2010). „Frekvenční srovnání dvou vysoce přesných optických hodin Al +“ (PDF). NIST. Citováno 9. února 2011.
- ^ „Druhé„ kvantové logické hodiny “NIST založené na iontu hliníku jsou nyní nejpřesnější hodiny na světě“ (Tisková zpráva). Národní institut pro standardy a technologie. 4. února 2010. Citováno 2012-11-04.
- ^ „Atomové hodiny s cesiovou fontánou NIST-F1: Primární standard času a frekvence pro USA“. NIST. 26. srpna 2009. Citováno 2. května 2011.
- ^ A b Brewer, S. M .; Chen, J.-S .; Hankin, A. M .; Clements, E. R .; Chou, C. W .; Wineland, D. J .; Hume, D. B .; Leibrandt, D. R. (2019-07-15). „Kvantově-logické hodiny Al + 27 se systematickou nejistotou pod 10–18“. Dopisy o fyzické kontrole. 123 (3). arXiv:1902.07694. doi:10.1103 / PhysRevLett.123.033201.
- ^ A b Wills, Stewart (červenec 2019). „Přesnost optických hodin rozbíjí novou půdu“.
- ^ A b Dubé, Pierre (2019-07-15). „Pohled: Ionové hodiny přecházejí do nového přesného režimu“. Fyzika. 12.
- ^ „Einsteinova časová dilatace je patrná při dodržování rychlostního limitu“ (Tisková zpráva). Ars Technica. 24. září 2010. Citováno 2015-04-10.
- ^ Bloom, B. J .; Nicholson, T. L .; Williams, J. R .; Campbell, S.L .; Bishof, M .; Zhang, X .; Zhang, W .; Bromley, S.L .; Ye, J. (22. ledna 2014). "Optické mřížkové hodiny s přesností a stabilitou na úrovni 10–18". Příroda. 506 (7486): 71–5. arXiv:1309.1137. Bibcode:2014Natur.506 ... 71B. doi:10.1038 / příroda12941. PMID 24463513.
- ^ T.L. Nicholson; S.L. Campbell; R.B. Hutson; G.E. Marti; B.J. Bloom; R.L. McNally; W. Zhang; M. Barrett; SLEČNA. Safronova; G.F. Strouse; W.L. Žvýkat; J. Ye (21. dubna 2015). "Systematické vyhodnocení atomových hodin při 2 × 10−18 celková nejistota “. Příroda komunikace. 6: 6896. arXiv:1412.8261. Bibcode:2015NatCo ... 6,6896N. doi:10.1038 / ncomms7896. PMC 4411304. PMID 25898253.
- ^ JILA Scientific Communications (21. dubna 2015). "Načase". Archivovány od originál dne 19. září 2015. Citováno 27. června 2015.
- ^ Laura Ost (21. dubna 2015). „Stále se zlepšujeme: Atomové hodiny JILA Stroncium nastavují nový rekord“. Národní institut pro standardy a technologie. Citováno 17. října 2015.
- ^ James Vincent (22. dubna 2015). „Nejpřesnější hodiny, jaké byly kdy vyrobeny, ztrácejí každých 15 miliard let pouze jednu sekundu“. The Verge. Citováno 26. června 2015.