p O relógio lógico quântico - talvez mais conhecido por mostrar que você envelhece mais rápido se você ficar em pé em um banquinho - subiu de volta aos escalões de desempenho líderes dos relógios atômicos experimentais do mundo. p Os físicos do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) vêm atualizando discretamente seu design de relógio lógico quântico nos últimos oito anos, principalmente para reduzir erros de movimento indesejado do único íon de alumínio (átomo eletricamente carregado) que fornece o "tique-taque" do relógio.

p Conforme descrito em Cartas de revisão física , a incerteza sistemática do relógio lógico quântico (quão próximo o relógio representa as vibrações naturais do íon, ou frequência) é 9,5 × 10? 19, o melhor de qualquer relógio em todo o mundo. Isso significa que o relógio lógico não ganharia nem perderia um segundo em 33 bilhões de anos, que é cerca de duas vezes e meia a idade estimada do universo.

p Nesta métrica, agora ultrapassa ambos os relógios NIST usando átomos neutros presos em redes de feixes de laser, o relógio da rede de itérbio e o relógio da rede de estrôncio.

p "O desempenho do relógio lógico não é surpreendente para mim, ", disse o líder do projeto, David Leibrandt." Os relógios iônicos são naturalmente mais isolados do ambiente - que é a fonte de imprecisão dos relógios atômicos - do que os relógios treliçados. É importante distinguir entre precisão e estabilidade neste ponto. As pessoas esperam que os relógios treliçados tenham o melhor desempenho em estabilidade, e eles fazem atualmente. Nosso mais novo relógio lógico quântico é o líder mundial em precisão, mas não em estabilidade. "

p A estabilidade do relógio lógico (quanto tempo leva para medir o tempo) é 1,2 × 10 ^-15 para uma medição de 1 segundo, que é quase o melhor alcançado por um único relógio de íon, mas cerca de 10 vezes pior do que ambos os relógios de rede NIST.

p O relógio lógico quântico recebeu esse apelido porque empresta técnicas de tomada de decisão lógica da computação quântica experimental. O alumínio é uma fonte excepcionalmente estável de tiques do relógio, vibrando entre dois níveis de energia mais de um milhão de bilhões de vezes por segundo, mas suas propriedades não são facilmente manipuladas ou detectadas com lasers. Então, operações lógicas com um íon de magnésio parceiro são usadas para resfriar o alumínio e sinalizar seus tiques.

p Em 2010, O relógio lógico quântico do NIST teve o melhor desempenho de qualquer relógio atômico experimental. O relógio também atraiu a atenção para as demonstrações de 2010 dos aspectos de "dilatação do tempo" das teorias da relatividade de Einstein:que o tempo passa mais rápido em altitudes mais elevadas, mas mais lentamente quando você se move mais rápido.

p Desde então, Os relógios treliçados do NIST têm continuamente superado uns aos outros em desempenho, dando a impressão de uma corrida para identificar um único vencedor. Na verdade, todos os relógios são úteis para fins de pesquisa e são possíveis contendores para padrões de tempo futuros ou outras aplicações.

p A definição internacional do segundo (no Sistema Internacional de Unidades, ou SI) foi baseado no átomo de césio desde 1967, portanto, o césio continua sendo o "governante" para a cronometragem oficial. O relógio lógico é um candidato a um padrão de tempo futuro a ser selecionado pela comunidade científica internacional. Os cientistas do NIST estão trabalhando em vários tipos diferentes de relógios experimentais, cada um baseado em átomos diferentes e oferecendo suas próprias vantagens. Todos esses relógios experimentais são baseados em frequências ópticas, que são mais altas do que as frequências de micro-ondas usadas nos padrões atuais de cronometragem baseados em césio.

p Vários avanços técnicos permitiram o melhor desempenho do relógio lógico, incluindo um novo design de armadilha de íons que reduziu o movimento de íons induzido por calor, permitindo a operação perto do estado fundamental desejável, ou nível de energia motora mais baixo. Além disso, uma frequência mais baixa foi usada para operar a armadilha de íons, reduzindo o movimento indesejado de íons causado pelo campo elétrico usado para prender os íons. Finalmente, o controle quântico aprimorado reduziu a incerteza das medições de mudanças de frequência devido ao movimento do íon.

p A precisão do relógio foi determinada medindo e somando as mudanças de frequência causadas por nove efeitos diferentes. A estabilidade foi medida por comparação com o relógio de rede de itérbio do NIST.

p Melhorias adicionais no design da armadilha e outros recursos são planejadas para melhorar ainda mais o desempenho. Já, Os três relógios experimentais do NIST podem ser comparados para melhorar as medições de possíveis mudanças em algumas das "constantes" fundamentais da natureza, uma linha de investigação que tem implicações importantes para a cosmologia e testes das leis da física, como as teorias da relatividade especial e geral de Einstein.