Marcar a passagem do tempo em um mundo de relógios e pêndulos balançando é um caso simples de contar os segundos entre ‘então’ e ‘agora’.
Com informações de Science Alert.
Na escala quântica de elétrons zumbindo o ‘então’ nem sempre pode ser antecipado. Pior ainda, ‘agora’ muitas vezes se confunde em uma névoa de incerteza. Um cronômetro simplesmente não é suficiente para alguns cenários.
Uma solução potencial pode ser encontrada na própria forma da névoa quântica, de acordo com pesquisadores da Universidade de Uppsala, na Suécia.
Seus experimentos sobre a natureza ondulatória de algo chamado estado de 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 energia extremamente altos, orbitando longe do núcleo.
É claro que nem toda bomba de laser precisa inchar um átomo em proporções caricaturais. Na verdade, os lasers são rotineiramente usados para fazer cócegas nos elétrons em estados de energia mais altos para uma variedade de usos.
Em algumas aplicações, um segundo laser pode ser usado para monitorar as mudanças na posição do elétron, incluindo a passagem do tempo. Essas técnicas de ‘ bomba-sonda ‘ podem ser usadas para medir a velocidade de certos eletrônicos ultrarrápidos, por exemplo.
Induzir átomos em estados de Rydberg é um truque útil para engenheiros , principalmente quando se trata de projetar novos componentes para computadores quânticos . Desnecessário dizer que os físicos acumularam uma quantidade significativa de informações sobre a maneira como os elétrons se movem quando empurrados para um estado de Rydberg.
Sendo animais quânticos, porém, seus movimentos são menos como contas deslizando em um pequeno ábaco, e mais como uma noite na mesa de roleta, onde cada rolar e pular da bola é espremido em um único jogo de azar.
O livro de regras matemáticas por trás deste jogo selvagem da roleta eletrônica de Rydberg é chamado de pacote de ondas de Rydberg.
Assim como ondas reais em uma lagoa, 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 na mesma lagoa atômica, e esses padrões únicos representarão o tempo distinto que leva para os pacotes de ondas evoluírem de acordo um com o outro.
Foram essas mesmas ‘impressões digitais’ do tempo que os físicos por trás desse último conjunto de experimentos se propuseram a testar, mostrando que eram consistentes e confiáveis o suficiente para servir como uma forma de registro de data e hora quântica.
Sua pesquisa envolveu medir os resultados de átomos de hélio excitados por 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”, explicou à New Scientist a física Marta Berholts, da Universidade de Uppsala, na Suécia, que liderou a equipe .
“O benefício disso é que você não precisa iniciar o relógio – basta olhar para a estrutura de interferência e dizer ‘ok, já se passaram 4 nanossegundos’.”
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 de vez em quando são menos claros ou simplesmente muito inconvenientes para medir.
É importante ressaltar que nenhuma das impressões digitais requer um então 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 interferência de Rydberg em meio a uma amostra de átomos de sonda de bomba, os técnicos puderam observar um registro de data e hora para eventos tão fugazes quanto apenas 1,7 trilionésimos de segundo.
Futuros experimentos de relógio quântico poderiam substituir o hélio por outros átomos, ou até mesmo usar pulsos de laser de diferentes energias, para ampliar o guia de carimbos de data e hora para se adequar a uma gama mais ampla de condições.
Esta pesquisa foi publicada na Physical Review Research.
