پژوهشگران دانشگاه اوپسالا روش تازه‌ای برای اندازه‌گیری گذر زمان در مقیاس‌های فوق‌سریع ابداع کرده‌اند؛ این رویکرد مبنای ساخت نسل جدیدی از ساعت کوانتومی را فراهم می‌آورد که بدون نیاز به تعیین «نقطه صفر» قادر به سنجش زمان‌های پیکوثانیه و فمتوثانیه است.
تبیین روش و مفهوم ساعت کوانتومی
گروه پژوهشی اوپسالا از رفتار موجی الکترون‌ها در اتم‌های حالت ریدبرگ استفاده کرده‌اند. اتم ریدبرگ حالتی با انرژی بسیار بالا است که الکترون‌ها در فاصله‌های دور از هسته نوسان می‌کنند و بسته‌های موج ریدبرگ شکل می‌گیرند. در آزمایش از توالی پمپاژ و پایش (pump–probe) بهره برده‌اند: پالس اول الکترون‌ها را تحریک می‌کند و پالس دوم تداخلات بسته‌های موج را ثبت می‌کند. الگوهای تداخلی حاصل مانند «اثر انگشت زمانی» عمل می‌کنند و نشان‌دهنده مدت تکامل نسبی بسته‌ها هستند. بنابراین می‌توان مدت زمان سپری شده را بدون نیاز به اشاره به یک نقطه شروع سنتی استخراج کرد؛ همین ایده اساس یک ساعت کوانتومی بی‌نیاز از زمان مبدأ را می‌سازد.
مزیت‌های فنی و دقت ساعت کوانتومی
مزیت کلیدی این ساعت کوانتومی این است که اندازه‌گیری زمان براساس ساختار تداخلی قابل‌مشاهده صورت می‌گیرد نه تحریک از یک لحظه مرجع. در کار اوپسالا توانستند گذر زمان را با دقت حدود 1.7 تریلیونیم ثانیه تعیین کنند. از دیگر امتیازات فنی:
- حذف نیاز به سنکرون‌سازی نقطه صفر که در مقیاس کوانتومی اغلب مبهم یا نامعین است؛
- امکان تغییر کارکرد با تعویض گاز میزبان (مثلاً هلیم) یا تنظیم انرژی و فاصله زمانی پالس‌های لیزری برای تنظیم بازه زمانی قابل‌اندازه‌گیری.
کاربردهای بالقوه ساعت کوانتومی
پیدایش این نوع ساعت کوانتومی می‌تواند زمینه‌ساز تحوّل در چند حوزه شود:
- علوم پایه و فیزیک کوانتومی، جایی که اندازه‌گیری دقیق بازه‌های زمانی کوتاه برای بررسی واکنش‌های اتمی و مولکولی ضروری است؛
- فناوری‌های پرسرعت مانند الکترونیک کوانتومی، طیف‌سنجی فوق‌سریع، و حسگرهای زمان‌محور که به زمان‌بندی‌های فمتوثانیه‌ای نیاز دارند.
محدودیت‌ها و گام‌های بعدی در توسعه ساعت کوانتومی
هرچند روش ابتکاری است، موانعی وجود دارد که باید برطرف شود تا ساعت کوانتومی عملیاتی و کاربردی گردد: نیاز به محیط آزمایشگاهی دقیق و کنترل پالس‌های لیزری، حساسیت به نویز بیرونی و چالش‌های مقیاس‌پذیری. گام‌های بعدی شامل به‌کارگیری اتم‌ها یا مولکول‌های متفاوت، انتقال از آزمایشگاه به سامانه‌های میدانی، و افزایش پایداری خوانش‌های تداخلی است.
جمع‌بندی
کشف روش اندازه‌گیری زمان مبتنی بر بسته‌های موج ریدبرگ، افق جدیدی برای مفهوم ساعت کوانتومی گشوده است؛ بدیلِ اندازه‌گیری‌هایی که به نقطه شروع وابسته‌اند. اگر راهکارهای فنی برای استحکام در محیط‌های واقعی توسعه یابد، این ایده می‌تواند ابزاری قدرتمند برای پژوهش‌های سرعت بالا و نسل جدید فناوری‌های کوانتومی فراهم کند.
لعیا آزاده
من فارغ‌التحصیل رشته رسانه و ارتباطات هستم و از همان دوران دانشگاه به پتانسیل فضای مجازی و رسانه‌های دیجیتال برای تولید محتوا علاقه‌مند شدم. فعالیت حرفه‌ای خودم را از سال ۱۳۹۷ با مدیریت یک وبلاگ و شبکه‌های اجتماعی برای یک برند کوچک آغاز کردم. پس از کسب تجربه در زمینه تولید محتوای دیجیتال و بازاریابی، اکنون به عنوان دبیر سرویس محتوای دیجیتال در یک مجله اینترنتی شناخته‌شده فعالیت می‌کنم. تلاش من این است که با بهره‌گیری از روندهای جدید، محتوایی جذاب و تعاملی برای مخاطبان تولید کنم.