新型量子表有望快速精確測量光—物質相互作用

瑞典烏普薩拉大學科學家研制出一款由激光和氦原子組成的量子秒表，能以“全新方式極其準確地測量時間”，而不必像其他時鐘那樣計時。相關研究近日發表于《物理評論研究》雜志。

最新研究負責人瑪塔·博霍爾茨解釋稱，他們的最新研究基于“泵—探針實驗”，在實驗中，一束“泵”激光脈沖被發送到原子云內，將其提升到更高能級，隨后，另一束功率較小的“探測”脈沖被用于測量“泵”的效果。這些實驗對于材料科學領域的諸多應用，尤其是太陽能電池板的開發至關重要，但很難測量“泵”和“探針”脈沖發出之間流經多少時間。現在，他們研制出的量子表解決了上述問題。

研究人員首先向氦原子云發射激光束，使原子處于量子疊加狀態，這意味著它們同時處于多個能級，這些能級相互作用并產生隨時間變化的干涉圖案。當研究人員只測量了持續時間為1.7萬億分之一秒的干涉模式時，他們可將其與干涉模擬進行比較，找到模式匹配的唯一時間段，準確地告訴他們氦原子在疊加狀態持續了多長時間。鑒于干涉圖案具有非重復性，因此，他們能毫無疑問地證明這種測量時間方法的準確性。

博霍爾茨說，這是一種全新的測量時間的方法，好處是不需要精確測量原子何時處于疊加狀態，“如果使用計數器，你必須定義零，在某個時刻開始計數。而新方法不必啟動時鐘，只要看看干涉結構。”