Geleneksel saatlerin ve sarkaçların dünyasında zamanın geçişini belirlemek, 'o zaman' ile 'şimdi' arasındaki saniyeleri saymak kadar basittir. Ancak elektronların vızıldadığı kuantum ölçeğinde 'o zaman' her zaman tahmin edilemez. Daha da kötüsü, 'şimdi' çoğu zaman belirsizlik bulutuna dönüşür. Bu tür senaryolarda bir kronometre işe yaramaz.
Yapılan bir çalışmaya göre, potansiyel bir çözüm kuantum bulutunun tam da kendi şeklinde bulunabilir. Araştırmacılar, Rydberg durumu adı verilen bir şeyin dalga benzeri doğası üzerine yaptıkları deneylerde, kesin bir başlangıç noktası gerektirmeyen yeni bir zaman ölçme yöntemi ortaya koydular.
Rydberg atomları, parçacık krallığının aşırı şişirilmiş balonları gibidir. Hava yerine lazerlerle şişirilen bu atomlar, çekirdekten çok uzakta yörüngede dönen, aşırı yüksek enerji durumundaki elektronları içerir.
Elbette, bir atomu bu denli şişirmek için her zaman lazer kullanılmaz. Aslında lazerler, çeşitli kullanımlar için elektronları daha yüksek enerji durumlarına çıkarmak amacıyla rutin olarak kullanılır.
Bazı uygulamalarda, elektronun konumundaki değişiklikleri, dolayısıyla zamanın geçişini izlemek için ikinci bir lazer kullanılabilir. Bu 'pompa-prob' teknikleri, örneğin belirli ultra hızlı elektroniklerin hızını ölçmek için kullanılabilir.
Atomları Rydberg durumlarına indüklemek, mühendisler için, özellikle kuantum bilgisayarlar için yeni bileşenler tasarlarken oldukça kullanışlı bir hiledir. Fizikçiler, elektronların Rydberg durumuna itildiğinde nasıl hareket ettikleri hakkında önemli miktarda bilgi birikimi elde etmişlerdir.
Ancak kuantum varlıklar oldukları için, hareketleri küçük bir abaküs üzerindeki boncukların kayması gibi değil, daha çok her yuvarlanış ve sıçramanın tek bir şans oyununa sıkıştırıldığı bir rulet masası akşamına benzer.
Bu vahşi Rydberg elektron rulet oyununun arkasındaki matematiksel kurallar kitabına Rydberg dalga paketi denir.
Tıpkı gerçek dalgalar gibi, bir alanda birden fazla Rydberg dalga paketinin dalgalanması girişime neden olur ve benzersiz dalgalanma desenleri ortaya çıkar.
Aynı atomik gölete yeterince Rydberg dalga paketi attığınızda, bu benzersiz desenlerin her biri, dalga paketlerinin birbiriyle uyumlu olarak evrimleşmesi için geçen farklı zamanı temsil eder.
Bu deney setinin arkasındaki fizikçilerin test etmeye koyulduğu şey tam da bu 'zamanın parmak izleri' idi ve bunların bir tür kuantum zaman damgası olarak hizmet edecek kadar tutarlı ve güvenilir olduklarını gösterdiler.
Araştırmaları, lazerle uyarılmış helyum atomlarının sonuçlarını ölçmeyi ve bulgularını teorik tahminlerle eşleştirerek, imza niteliğindeki sonuçlarının bir zaman süresinin yerine nasıl geçebileceğini göstermeyi içeriyordu.
Normal bir sayaç kullanıyorsanız, sıfırı tanımlamanız gerekir. Bir noktada saymaya başlarsınız. Bu yöntemin avantajı ise saati başlatmak zorunda olmamanız. Sadece girişim yapısına bakar ve 'tamam, 4 nanosaniye olmuş' dersiniz.
Gelişen Rydberg dalga paketlerinden oluşan bir rehber, 'şimdi' ve 'o zaman'ın daha az net olduğu veya ölçülmesinin çok zahmetli olduğu durumlarda, minik ölçekteki olayları ölçen diğer pompa-prob spektroskopisi biçimleriyle birlikte kullanılabilir.
Daha da önemlisi, parmak izlerinden hiçbiri zaman için bir başlangıç ve bitiş noktası olarak hizmet etmek üzere bir 'o zaman' ve 'şimdi' gerektirmez. Bu, bilinmeyen bir sprinterin, sabit hızlarda koşan birkaç rakibe karşı yaptığı yarışı ölçmek gibi olurdu.
Pompa-prob atomlarından oluşan bir örneklemdeki girişim yapan Rydberg durumlarının imzasını arayarak, teknisyenler sadece 1,7 trilyon saniye kadar kısa süren olaylar için bir zaman damgası gözlemleyebilirlerdi.
Gelecekteki kuantum saat deneyleri, helyumu başka atomlarla değiştirebilir veya daha geniş koşullara uyum sağlamak için zaman damgaları rehberini genişletmek amacıyla farklı enerjilerdeki lazer darbelerini bile kullanabilir.
Bu çalışma 2022 yılında yayımlanmıştır.
