麻省理工學院的研究人員設計了一種方法，可以幫助建造迄今為(wei) 止最精確的原子鍾。

這種新型原子鍾非常精確，140億(yi) 年後的誤差還不到十分之一秒，這將有助於(yu) 科學家研究重力對時間的影響。

他們(men) 的設計以量子糾纏原子為(wei) 中心，而不是測量隨機振蕩的原子。為(wei) 此，美國專(zhuan) 家的設計利用了一種叫做量子糾纏的奇異現象，在這種現象中粒子會(hui) 緊密地連接在一起。

研究人員解釋說，這種糾纏有助於(yu) 減少測量原子振蕩時的不確定性，原子時鍾用來計時。

這個(ge) 時鍾可以用來揭示構成宇宙四分之三以上的難以捉摸的“暗物質”，也可以用來研究引力對時間的影響。

麻省理工學院的電子工程師、論文作者Edwin Pedrozo-Penafiel說:“與(yu) 目前最先進的光學時鍾相比，量子糾纏增強光學原子鍾有可能在1秒內(nei) 達到更高的精度。”

就像老爺鍾利用擺錘的擺動來計時一樣，原子鍾利用激光來測量原子雲(yun) 的有規律的擺動——這是科學家目前可以觀測到的最穩定的周期性事件。

理想情況下，人們(men) 可以利用單個(ge) 原子的運動。然而在原子尺度上，奇異的量子力學規則開始發揮作用——測量的概率必須被平均出來，才能產(chan) 生可靠的數據。

麻省理工學院(MIT)的物理學家、論文作者科倫(lun) 坡(Simone Colombo)解釋說:“當你增加原子的數量時，所有這些原子的平均值都趨向於(yu) 給出正確的值。”

目前的原子鍾測量數千個(ge) 超冷原子——用激光把它們(men) 關(guan) 在一個(ge) 光學“陷阱”裏，然後用另一種頻率與(yu) 被測原子振動頻率相似的激光探測它們(men) 。

然而，即使是這種方法也存在一定程度的量子不確定性——但是，正如研究小組所展示的那樣，其中一些問題可以通過量子糾纏消除，在量子糾纏中，一組原子可以進行相關(guan) 測量。

研究人員解釋說，這意味著糾纏原子的單個(ge) 振蕩在一個(ge) 共同頻率附近被收緊，從(cong) 而提高了時鍾測量的精度。

在他們(men) 的新設計中，佩德羅索-佩納菲耶爾博士和同事們(men) 讓大約350個(ge) 稀土元素鐿原子糾纏在一起，鐿原子每秒振蕩10萬(wan) 次，比銫原子(傳(chuan) 統原子鍾中使用的元素)的頻率要高。

這一事實意味著，如果追蹤準確的話，這種新時鍾甚至可以分辨出更小的時間內(nei) 部因素，從(cong) 而變得更準確。

和普通原子鍾一樣，研究小組將原子困在由兩(liang) 個(ge) 鏡子包圍的光學腔中，然後發射激光穿過腔，使激光在兩(liang) 個(ge) 鏡子之間反彈，反複與(yu) 原子相互作用並使它們(men) 糾纏在一起。

論文作者、同樣來自麻省理工學院的物理學家Chi Shu稱，這就好像光充當了原子之間的通訊紐帶。

“第一個(ge) 看到這束光的原子會(hui) 輕微地改變這束光，這束光也會(hui) 改變第二個(ge) 原子、第三個(ge) 原子，經過許多個(ge) 周期，原子集體(ti) 地相互了解，並開始表現出相似的行為(wei) 。”

然後，研究小組用另一種激光測量原子的平均頻率——與(yu) 現有原子鍾所用的方法類似。研究小組發現，這種糾纏讓時鍾以快4倍的速度達到預期精度。

麻省理工學院的物理學家、論文作者Vladan Vuletic說:“你總是可以通過測量更長的時間來讓時鍾更精確。”

“問題是，你需要多長時間才能達到一定的精度。許多現象需要用快速的時間尺度來衡量。”

Vuletic教授補充說，新的時鍾設計可以用來更好地解決(jue) 宇宙中各種未解之謎。

該研究的全部發現發表在《自然》雜誌上。