Naučnici otkrili kvantnu „rupu“ koja bi mogla otvoriti put ka međuzvezdnoj navigaciji

Novi kvantni pristupi čine atomske satove znatno preciznijim

Zamislite sunčan dan dok vozite auto i dobijate precizne smernice iz navigacije na telefonu — te instrukcije zavise od signala koji dopiru do satelita udaljenih hiljadama kilometara. U svakom od tih satelita kuca atomski sat: uređaj koji meri vreme praćenjem elektronskih prelaza u atomima i koji je daleko precizniji od običnih zidnih satova.

Atomski satovi danas gube otprilike jednu sekundu tačnosti u razdoblju od oko 10 miliona godina i već se koriste u GPS sistemima, telekomunikacijama i fundamentalnim naučnim eksperimentima. Ipak, naučnici rade na tome da ih učine još stabilnijim i prenosivijim — što bi otvorilo nove mogućnosti, od preciznije navigacije u svemiru do naprednih senzora za proučavanje tamne materije ili predviđanje zemljotresa.

Kvantne tehnike koje pomeraju granice

Dva nova rada, u časopisima Nature i Science Advances, prikazuju različite kvantne pristupe koji smanjuju „kvantni šum“ i poboljšavaju preciznost atomskih satova.

MIT tim (Vuletić i saradnici) demonstrirao je kako uplitanje (entanglement) atoma iterbija sa svetlom visoke frekvencije može povećati stabilnost optičkih atomskih satova i dovesti do značajnog poboljšanja preciznosti. Optički atomski satovi koriste atome poput iterbija koji osciluju na veoma visokim frekvencijama i mogu da mere izuzetno kratke vremenske intervale (red veličine ~10^-13 s).

„Kvantni satovi su suštinski kvantni,“ kaže dr Vladan Vuletić (MIT). „Uplitanjem možete dobiti bolje performanse za dati broj čestica.“

Tim sa Univerziteta u Sidneju razvio je drugačiji protokol koji omogućava istovremeno vrlo osetljiva merenja promena položaja i impulsa kvantnog sistema, a da pri tom ne krši Heisenbergov princip neodređenosti. Ključ je u tome da sistem meri vrlo male lokalne promene i istovremeno „odbacuje“ globalnu informaciju — analogno čitanju analognog sata koji ima samo minutnu kazaljku: minute mogu biti veoma precizne, dok informacija o satu nije.

„U suštini odbacujemo informacije koje nas ne zanimaju,“ objašnjava prvi autor Christophe Valahu. „To nam omogućava novu granicu neodređenosti i praktično zaobilaženje ograničenja koja je ranije nametala kvantna fizika.“

Primenjene koristi i budućnost

Ove tehnike imaju širok spektar potencijalnih primena: od poboljšanih atomskih satova u svemirskim misijama (mreže satova u orbiti ili satovi ugrađeni u letelice) i autonomne navigacije, preko naprednih kvantnih senzora za detekciju tamne materije, do boljeg senzorstva koje može doprineti ranijem otkrivanju prirodnih katastrofa.

Takođe, grana koja koristi visoko naelektrisane jone obećava još veću tačnost, ali je izazov u njihovom direktnom merenju — tu tehnike poput kvantne logičke spektroskopije i nova metoda iz Sidneja mogu da podignu osetljivost merenja.

Zaključak

Iako je međuzvezdna GPS-navigacija još daleka budućnost, napreci u kvantnim satovima stvaraju realne osnove za precizno beleženje vremena i položaja u ekstremnim uslovima. Ovo je uzbudljivo vreme za kvantnu nauku: nove metode postavljaju temelje za stabilnije, preciznije i praktičnije atomske satove koji mogu promeniti način navigacije i merenja u nauci i tehnologiji.