Marta Berholts ved Uppsala universitet i Sverige og hennes kolleger baserte klokken på et såkalt pumpe-probe-eksperiment. I disse testene «pumpe» laser en puls hever skyen av atomer til et høyere energinivå, så måler en annen mindre kraftig «sonde»-puls effekten av «pumpen».

Disse eksperimentene er viktige innen mange områder innen materialvitenskap, inkludert utviklingen av solcelleceller, men det er vanskelig å måle tiden mellom pumpe og sonde. Dette problemet løses ved å bruke heliumatomer, kvante se.

«Det er en helt ny måte å måle tid på,» sier Ronny Knut, også medlem av fru Berholts» team ved Uppsala universitet. – Etter hvert som andre klokker blir mer presise, blir de mer og mer komplekse. Men vi har faktisk gått i stikk motsatt retning – vi bruker i utgangspunktet den enkleste tidsstrukturen som er mulig.

Først sendte forskerne en laserpuls gjennom en sky av heliumatomer. Dette setter atomene i en superposisjon av kvantetilstander, det vil si at de var på flere energinivåer samtidig. Disse energinivåene samhandler med hverandre – omtrent som i det berømte dobbeltspalteeksperimentet, hvor et enkelt foton kan passere gjennom to spalter samtidig – for å skape et interferensmønster som endres over tid.

Da forskerne målte dette interferensbildet i bare 1,7 billioner av et sekund, var de i stand til å sammenligne det med interferenssimuleringer og oppdaget en unik tidsperiode hvor bildene samsvarte, og viste hvor nøyaktig heliumatomene ble lagt over hverandre. Siden interferensmønstre ikke gjentar seg, er det lett å utvetydig bevise at tiden ble målt nøyaktig.

Sammenlignet med en tradisjonell klokke er denne metoden overlegen fordi det ikke er nødvendig å måle nøyaktig når atomene er overlagret. «Hvis du teller, må null settes. Tellingen starter fra et bestemt punkt,» sier Berholts. For å se på interferensmønsteret og si: «Ok, 4 nanosekunder har gått.»

«[Tai yra] et veldig elegant eksperiment, veldig nyttig i såkalte pumpe-probe-eksperimenter,» bemerker Gerard Milburn ved University of Queensland i Australia. Det vil ikke fungere for bredere timing, sier han, men i eksperimenter der det er viktig å måle kun forsinkelsen mellom to timer, kan det være utrolig nøyaktig.

Slike eksperimenter er ekstremt vanlige i studiet av små, raskt skiftende systemer, og denne økningen i nøyaktighet kan være en avgjørende faktor. Dette vil tillate forskere å måle skiftende systemer ekstremt raskt, som forfallet av et enkelt molekyl, kvanteinteraksjonen mellom lys og materie, eller oppførselen til materie i et magnetfelt.

Kilder:
https://journals.aps.org/prresearch/abstract/10.1103/PhysRevResearch.4.043041

https://www.newscientist.com/article/2343039-quantum-watch-is-a-completely-new-way-of-measuring-time/