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一種單原子讀出的原子陣列光學時鐘

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發表時間:2019-12-30 14:38來源:前瞻網

眾所周知,原子鐘是當前最精確的計時工具,目前最常用的銫原子鐘,它的每一次“滴答”都來源于原子吸收或釋放能量時發出的電磁波。由于電磁波本身的穩定性,加上一系列精密儀器的輔助,原子鐘的精度甚至可以達到數億年才誤差1秒。

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在這一基礎上,加州理工大學和噴氣推進實驗室的科學家們近期又研發出了基于光頻率的新型原子鐘,相關論文已經發表在了物理學頂級刊物《Physical Review X》上。


新的時鐘設計基于2種已有的光學原子鐘,分別是基于捕獲單個帶電原子(離子)的原子鐘,以及將數千個中性原子捕獲在所謂光學晶格中的原子鐘。


第1種方式,在捕獲離子的過程中,只需要精確地分離和控制一個原子(離子),就能提高時鐘的準確性;第2種方式采用相反的思路,光學陣列方法的優點則是擁有多個原子——原子越多,由于單個原子的隨機量子波動而產生的不確定性就越少。


據了解,這個新的原子鐘綽號“鑷子鐘”,來源于科學家利用所謂“激光鑷子”來操縱單個原子的研究過程。他們用激光鑷子精確控制著40個原子,這樣就結合了2種方法的優點。


在這篇題為《一種單原子讀出的原子陣列光學時鐘》概述寫道:“在這里,我們演示了一種新的光學時鐘系統,該系統基于一組單獨捕獲的中性原子陣列,采用單原子讀出。”


除了精度以外,這一技術的更大意義在于“該系統融合了離子和晶格時鐘的許多優點,并為使用中性原子進行量子模擬、計算搭建了一座橋梁”。

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