新型量子表以“全新方式”准确计时，有望快速精确测量光—物质相互作用

科技日报记者 刘霞

瑞典乌普萨拉大学科学家研制出一款由激光和氦原子组成的量子秒表，能以“全新方式极其准确地测量时间”，而不必像其他时钟那样计时。相关研究近日发表于《物理评论研究》杂志。

最新研究负责人玛塔·博霍尔茨解释称，他们的最新研究基于“泵—探针实验”，在实验中，一束“泵”激光脉冲被发送到原子云内，将其提升到更高能级，随后，另一束功率较小的“探测”脉冲被用于测量“泵”的效果。这些实验对于材料科学领域的诸多应用，尤其是太阳能电池板的开发至关重要，但很难测量“泵”和“探针”脉冲发出之间流经多少时间。现在，他们研制出的量子表解决了上述问题。

研究人员首先向氦原子云发射激光束，使原子处于量子叠加状态，这意味着它们同时处于多个能级，这些能级相互作用并产生随时间变化的干涉图案。当研究人员只测量了持续时间为1.7万亿分之一秒的干涉模式时，他们可将其与干涉模拟进行比较，找到模式匹配的唯一时间段，准确地告诉他们氦原子在叠加状态持续了多长时间。鉴于干涉图案具有非重复性，因此，他们能毫无疑问地证明这种测量时间方法的准确性。

博霍尔茨说，这是一种全新的测量时间的方法，好处是不需要精确测量原子何时处于叠加状态，“如果使用计数器，你必须定义零，在某个时刻开始计数。而新方法不必启动时钟，只要看看干涉结构。”

研究人员表示，最新量子表有望帮助科学家们对随时间变化的系统，如单个分子的分崩离析、光与物质之间的量子相互作用或暴露于磁场中的材料等进行精确而快速地测量。