Zamanın akışını, devasa sarkaçlar ve tik tak eden saatlerle kolayca ölçebildiğimiz düşünülebilir. Ancak atomların ve elektronların kuantum düzeyindeki hareketlerinde 'o an' ve 'şimdiki an' arasındaki ayrım o kadar belirsizleşebilir ki, geleneksel zaman ölçüm cihazları yetersiz kalır.
İsveç'teki Uppsala Üniversitesi'nden araştırmacıların 2022 yılında yayımlanan bir çalışması, bu soruna kuantumdaki belirsizliklerin kendi şekillerinde bir çözüm bulabileceğini öne sürüyor.
Rydberg durumları olarak adlandırılan bir olgunun dalga benzeri doğası üzerine yapılan deneyler, hassas bir başlangıç noktasına ihtiyaç duymayan yeni bir zaman ölçüm yöntemi ortaya koydu.
Rydberg atomları, normal atomlardan çok daha büyük olan, elektronları çekirdekten çok uzak mesafelerde, yüksek enerji seviyelerinde bulunan yapılardır. Lazerler aracılığıyla bu atomlar 'şişirilebilir'.
Bu yüksek enerji seviyelerindeki elektronların konumlarındaki değişimler, bir ikinci lazer yardımıyla izlenebilir. Bu 'pompa-probe' teknikleri, özellikle çok hızlı elektronik olayların hızını ölçmek için kullanılır.
Atomları Rydberg durumlarına sokmak, kuantum bilgisayarlar gibi yeni nesil teknolojiler için de önemli bir adımdır. Bu durumlar, elektronların hareketleri hakkında zengin bilgiler sunar.
Kuantum dünyasında elektronların hareketleri, kürelerin yuvarlanmasından çok, şansa dayalı bir rulet oyunu gibidir. Rydberg elektronlarının bu kaotik dansının matematiksel kural kitabı ise Rydberg dalga paketi olarak adlandırılır.
Gerçek dalgalar gibi, birden fazla Rydberg dalga paketi bir alanda bulunduğunda girişim desenleri oluşur. Bu benzersiz desenler, dalga paketlerinin birbirleriyle etkileşime girerek gelişmeleri için geçen süreyi temsil eder.
Araştırmacılar, bu 'zamanın parmak izleri'ni test ederek, bunların kuantum zaman damgalama formu olarak kullanılabilecek kadar tutarlı ve güvenilir olduğunu gösterdiler. Çalışmada, lazerle uyarılmış helyum atomlarının sonuçları ölçülerek, teorik tahminlerle eşleştirildi ve bu imzaların bir zaman süresini temsil edebileceği kanıtlandı.
Araştırmanın liderlerinden Uppsala Üniversitesi'nden fizikçi Marta Berholts, geleneksel sayaçların bir başlangıç noktası tanımlaması gerektiğini belirterek, bu yeni yöntemin en büyük avantajının saati başlatmaya gerek kalmadan, sadece girişim yapısına bakarak zamanı ölçebilmek olduğunu ifade ediyor.
Gelişen Rydberg dalga paketlerinin bir rehberi, 'şimdiki' ve 'o an'ın daha belirsiz olduğu veya ölçümünün zor olduğu mikroskobik ölçekteki olayları ölçen diğer pompa-probe spektroskopi yöntemleriyle birlikte kullanılabilir.
Bu yöntemlerin hiçbiri, zamanı başlatmak ve durdurmak için bir 'o an' ve 'şimdiki an' gerektirmez. Bu, bilinmeyen bir koşucunun yarışını, sabit hızda koşan rakiplere karşı ölçmek gibidir.
Pompa-probe atomları arasında girişim yapan Rydberg durumlarının imzalarına bakarak, teknisyenler 1.7 trilyonda bir saniye kadar kısa süren olaylar için bir zaman damgasını gözlemleyebilirler.
Gelecekteki kuantum saat deneyleri, farklı atomlar kullanılarak veya farklı enerjilerdeki lazer darbeleriyle, bu zaman damgası rehberini daha geniş bir koşul yelpazesine uygun hale getirebilir.
