量子逻辑时钟回归顶级性能

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量子逻辑时钟-如果你坐在椅子上,如果你年纪大了,也许你最了解。世界实验原子钟的表现又回来了。美国国家标准与技术研究院(NIST)的物理学家在过去八年中悄然升级了他们的量子逻辑时钟设计,以减少单个铝离子(电荷原子)中不必要的操作错误。

正如物理评论信中所解释的,量子逻辑时钟的系统不确定性(接近自然振动或时钟离子的频率)是9.4x10-19,这是世界上最好的时钟。这意味着逻辑时钟将不会被学习330亿年,也不会失去1秒。这大约是宇宙预期年龄的2.5倍。

量子逻辑时钟回归顶级性能

物理学家David Leibrandt调整了一个用于操作量子逻辑时钟的激光器

在该指示器中,激光束晶格的中性原子,ε栅格时钟和锶栅格时钟用于超过NIST时钟。

项目负责人DavidLeibrandt说:“逻辑手表的性能并不令人惊讶。”离子时钟自然地与环境隔离,这是原子钟的不准确性,而不是晶格时钟。在这一点上,区分准确性和稳定性很重要。网格时钟在稳定性方面应该具有最佳性能。现代量子逻辑时钟是复杂但不稳定的全球领导者。“

对于一秒钟的测量,逻辑时钟的稳定性(测量时间)为1.2x10-15,接近单个离子时钟所达到的最佳值,但比两个NIST晶格时钟差10倍。

量子逻辑时钟的昵称是因为它们使用了实验量子计算的逻辑决策技术。铝是一种非常稳定的时钟滴答源,在每秒两个能级之间振荡超过1000亿次,但其特性不易被激光器操纵或检测到。因此,使用伙伴镁离子的逻辑用于冷却和发信号铝。

计算机生成的图像显示十字形金色金属保险开关安装在两个金属支柱之间的红色,插头刻度保险开关显示在中心的蓝色和黄色球。

离子阱的图示,形成NIST量子逻辑时钟的核心。陷阱是横切的金色结构。该图显示了铝离子(蓝色),手表的“滴答”来源以及伴侣镁离子(黄色)。

在2010年初,NIST的量子逻辑时钟在所有实验原子钟上表现最佳。这款腕表也引起了2010年爱因斯坦相对论“时间延伸”的注意。

量子逻辑时钟回归顶级性能

T量子逻辑时钟核心的离子阱的插图

从那以后,NIST的网格时钟给人的印象是他们可以在表现中不断跳过对方来识别个人获胜者。事实上,所有手表都可用于研究目的,可能是未来标准或其他应用的竞争对手。

由于第二个国际单位(国际单位制或国际单位制)的国际定义自1967年以来一直以原子原子为基础,因此它仍然是官方的“计时器”。逻辑时钟是国际科学界选择未来时间标准的最强大的竞争者之一。NIST的科学家们正在研究不同类型的实验室钟表,每个钟表都基于不同的原子提供独特的优势。所有这些实验时钟都基于高于当今基于氙的时序标准中使用的微波频率的光学频率。

一些技术进步改善了逻辑时钟的性能,包括一种新的离子阱设计,可减少热致离子运动,使其能够在理想的基态或接近最低运动水平附近工作。此外,较低频率用于驱动离子阱,减少由用于捕获离子的电场引起的不需要的离子移动。最后,改进的量子控制降低了由于离子运动引起的频移测量的不确定性。

时钟的精确度是通过测量和累加由于九种不同效果引起的频移来确定的。测量稳定性与NIST的晶格时钟相比。

我们计划进一步改进陷阱设计和其他功能,以进一步提高性能。NIST的三个实验时钟与某些“恒定”自然变化测量的改进相当,而这一系列研究对于测试空间和物理定律很重要,例如爱因斯坦的特殊理论。和广义相对论。

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