دانشمندان MIT موفق شدند با استفاده از روش نوآورانه «طیف‌سنجی فاز جهانی» و مهار نویز کوانتومی، دقت ساعت‌های اتمی نوری را دو برابر افزایش دهند. این دستاورد می‌تواند مسیر توسعه نسل جدید ساعت‌های اتمی قابل‌حمل را هموار کند.
ساعت‌های اتمی و اهمیت آن‌ها در علم و فناوری
ساعت‌های اتمی ابزارهایی هستند که با اندازه‌گیری نوسانات طبیعی اتم‌ها، زمان را با دقتی بی‌نظیر ثبت می‌کنند. ساعت‌های متداول مبتنی بر اتم سزیم بیش از ۱۰ میلیارد نوسان در ثانیه دارند، اما نسل جدید ساعت‌های اتمی نوری با استفاده از اتم‌هایی مانند ایتربیوم قادرند تا ۱۰۰ تریلیون نوسان در ثانیه را ثبت کنند. این ویژگی امکان اندازه‌گیری بازه‌های زمانی بسیار دقیق‌تر را فراهم می‌سازد.
نوآوری MIT در مهار نویز کوانتومی
تیم فیزیک‌دانان MIT به سرپرستی ولادان وولتیچ با بهره‌گیری از پدیده‌ای موسوم به فاز جهانی (Global Phase) و استفاده از روش تقویت کوانتومی (Quantum Amplification) موفق شدند پایداری ساعت‌های اتمی نوری را افزایش دهند. این روش باعث شد ساعت‌ها بتوانند در هر ثانیه دو برابر بیشتر از گذشته تیک‌های زمانی را تفکیک کنند.
نقش درهم‌تنیدگی کوانتومی در افزایش دقت
در این پژوهش، صدها اتم ایتربیوم در یک حفره نوری میان دو آینه منحنی محبوس شدند. این شرایط موجب ایجاد درهم‌تنیدگی کوانتومی میان اتم‌ها شد؛ حالتی که ذرات به‌صورت جمعی رفتار کرده و نویز اندازه‌گیری کاهش می‌یابد. نتیجه این فرآیند، ثبت دقیق‌تر نوسانات اتمی و افزایش چشمگیر وضوح ساعت بود.
رفع محدودیت‌های پیشین با بازگردانی زمانی
در تحقیقات سال ۲۰۲۰، همین گروه نشان داده بود که درهم‌تنیدگی می‌تواند دقت ساعت‌های اتمی را بهبود دهد، اما ناپایداری لیزر مانع پیشرفت بیشتر می‌شد. اکنون با استفاده از روش بازگردانی زمانی (Time Reversal) این مشکل برطرف شده و امکان بهره‌گیری از اثر لیزر برای تثبیت بیشتر ساعت فراهم آمده است.
کاربردهای گسترده ساعت‌های اتمی نوری
به گفته پژوهشگران MIT، ساعت‌های اتمی نوری می‌توانند:
- در فیزیک بنیادی برای آزمودن نیروهای طبیعت و شناسایی پدیده‌هایی مانند ماده و انرژی تاریک به کار روند.
- در ناوبری دقیق و ارتباطات پیشرفته نقش کلیدی ایفا کنند.
- حتی در آینده به پیش‌بینی زمین‌لرزه‌ها و رویدادهای طبیعی کمک کنند.
جمع‌بندی
دستاورد جدید MIT در توسعه ساعت‌های اتمی نوری نه‌تنها دقت این ابزارها را دو برابر کرده، بلکه اجرای فنی آن را ساده‌تر ساخته است. این پیشرفت می‌تواند نقطه عطفی در مسیر ساخت ساعت‌های اتمی قابل‌حمل باشد و تحولی بنیادین در حوزه‌های علمی، فناورانه و کاربردهای روزمره ایجاد کند.
ماهان زند
من فارغ‌التحصیل رشته مهندسی کامپیوتر هستم و از دوران نوجوانی به دنیای فناوری علاقه‌مند بودم. فعالیت حرفه‌ای خودم را از سال ۱۳۹۷ با نوشتن مقاله‌های نقد و بررسی گجت‌های هوشمند در یک وبلاگ شخصی آغاز کردم. پس از کسب تجربه، به عنوان نویسنده و تحلیل‌گر در نشریات مختلف فعالیت کردم و در حال حاضر، به عنوان دبیر بخش فناوری‌های نو در یک مجله معتبر تکنولوژی مشغول به کار هستم. تلاش من این است که آخرین اخبار و پیشرفت‌های دنیای فناوری را به زبانی ساده و کاربردی برای مخاطبان ارائه دهم.
