Zegary w naszym świecie odliczają czas od chwili „zero”. W skali kwantowej takie podejście bywa bezużyteczne: „teraz” rozmywa się, a „wtedy” nie jest oczywiste. Zespół z Uniwersytetu w Uppsali pokazał jednak, że czas można odczytać ze wzoru interferencyjnego powstającego w atomach wzbudzonych do tzw. stanów Rydberga. Krótko mówiąc: zamiast liczyć od zera, patrzymy na „odcisk palca” fal kwantowych i z niego wyczytujemy, ile czasu upłynęło. Źródło? Najpierw recenzowana praca, później liczne omówienia.
Jak to działa – bez czarów, sama fizyka
Lasery wzbudzają elektrony w atomie (tu: w helu) do bardzo wysokich poziomów energii. Taki „przerośnięty” atom to atom Rydberga. Jeśli pobudzimy wiele stanów naraz, tworzy się pakiet fal – i jak każda fala, interferuje sam ze sobą. Powstaje unikalny wzór (niepowtarzający się w czasie życia pakietu), który – niczym kod kreskowy – pozwala określić „ile” czasu minęło od pobudzenia, bez potrzeby definiowania chwili startu.
Precyzja: skala pikosekund i ultrakrótka elektronika
W demonstracji technicy odczytywali znaczniki czasu dla zdarzeń trwających około 1,7 bilionowej części sekundy (1,7 ps). To zakres kluczowy dla badań ultraszybkich zjawisk – od elektroniki po reakcje chemiczne – gdzie „złapanie” początku bywa zwyczajnie niemożliwe. Ten sposób nie konkuruje z zegarami atomowymi do utrzymania czasu globalnie; to narzędzie do precyzyjnego znacznikowania zdarzeń w eksperymentach.
Dlaczego to przełom?
- Brak konieczności t₀: nie trzeba synchronizować zewnętrznego „startu”. Wzór interferencyjny sam niesie informację o upływie czasu.
- Kompatybilność z pomiarem pompka–sonda: metoda może uzupełniać znane techniki spektroskopowe, gdy wyzwalacz jest niejasny albo ukryty w szumie.
- Elastyczność: dobierając inne atomy oraz energie impulsów laserowych, da się rozszerzyć „bibliotekę” znaczników czasu i dostroić metodę do różnych warunków eksperymentalnych.
Co dalej?
Autorzy sugerują, że kolejne kroki obejmują testy na innych atomach i w bardziej złożonych środowiskach. Jeśli uda się skalibrować „słownik odcisków” dla wielu konfiguracji, fizycy dostaną poręczny „zegarek kwantowy” do śledzenia zdarzeń tam, gdzie klasyczny stoper zawodzi – w materiałach nowej generacji, układach fotoniki zintegrowanej czy komponentach komputerów kwantowych.
Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Physical Review Research .