Физики из Массачусетского технологического института (MIT) разработали метод, который удваивает точность оптических атомных часов — устройств, крайне важных для GPS, финансовых операций и глубоких фундаментальных исследований. Результат обещает не только усовершенствовать измерение времени, но и расширить возможности поиска тёмной материи, проверки физических законов и даже предсказания землетрясений.

Современные атомные часы опираются на колебания атомов цезия, которые «тикают» порядка 10 миллиардов раз в секунду. Однако оптические атомные часы, использующие быстрее «тикающие» атомы иттрия, способны работать на частотах в триллионы раз выше, отслеживая более тонкие интервалы времени и позволяя достигать точности в сотни раз выше.

Главное ограничение точности таких устройств — квантовый шум, вызванный физическими эффектами, смущающими чёткость измерения колебаний. В своей работе команда MIT применила методику квантового запутывания и лазерно-индуцированной «глобальной фазы», позволяющую не просто уменьшить шум, а использовать ранее не учитывавшийся эффект взаимодействия лазера с атомами.

Суть методики — лазер возбуждает совокупность захваченных атомов иттрия в резонаторе, вызывая коллективное квантовое состояние. При этом переход атомов через энергетический уровень формирует «глобальную фазу», которая сохраняет «информацию» о частоте лазера. В сочетании с квантовым усилением сигнала это позволяет многократно повысить стабильность и точность времени.

Экспериментальная реализация показала, что новая методика удваивает количество различимых «тиков» в секунду по сравнению с привычной схемой. Чем больше атомов участвует, тем выше можно достичь точности, что сулит создание портативных и высокоточных часов.

Повышенная точность также играет ключевую роль в расширении исследований тёмной материи, изучении гравитации и фундаментальных сил, а также может помочь разработать системы раннего предупреждения о природных катастрофах.