By Kenna Hughes-Castleberry 18 Kas 2022'de yayınlandı
Zamanı ölçen tek tür insanlar olmasa da, bir bakıma onu hayatımızın odak noktası haline getiriyoruz. İşi, toplantıları veya etkinlikleri planlamaktan, hatta doğum günlerini kutlamaya kadar zaman, toplumumuzun etkili bir yönü haline geldi. Zamanı, saatleri, özellikle de atom saatleri adı verilen son derece hassas saatleri kullanarak ölçüyoruz. "Atom saatleri muhtemelen var olan en eski ve en yaygın kullanılan kuantum teknolojilerinden biridir" diye açıkladı Doktor Judith OlsonAtom Saati Bölümünün başkanı SoğukKuanta, pazar lideri bir kuantum şirket. Bu saatlerin toplumumuz için önemi küçümsenemez çünkü bunlar toplumumuzun altyapısının çoğunun arkasında yer alıyor. “Atom saatleri, günlük hayatımızda bağımlı hale geldiğimiz birçok teknolojinin temelini oluşturuyor; modern iletişim sistemleri, enerji dağıtımı, ulaşım sistemleri ve mali ticaretin tamamı doğru zaman ve frekans standartlarına bağlıdır," diye tekrarladı Helen Margolis, Birleşik Krallık Ulusal Fizik Laboratuvarı Zaman ve Frekans Bilimi Başkanı (TGA).
Atom saatlerinin bu kadar hassas olmasının nedeni, atomların ve moleküllerin kuantum mekaniksel özelliklerinden yararlanmalarıdır. Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü'ne göre (NIST), atom saatleri zamanı ölçmek için atomik rezonans frekanslarına odaklanır. Normal bir saatte (kol saati gibi) bir kuvars parçası belirli bir frekansta titreşir ve bu frekans zaman olarak "sayılır"ken, benzer bir işlem atomlar ve özel lazerler için de kullanılır. Atomlar belirli lazer frekanslarıyla etkileşime girdiklerinde enerji seviyelerini değiştirdikçe, bu frekanslara verilen atomik tepki, lazerin lazerler stabilize olun. Stabilize edilmiş lazer frekansları daha sonra "ölçülebilir ve bir saatin "tik takları" olarak sayılabilir. Bu rezonans frekansları saat içindeki temel kuantum dinamiğinin doğal bir parçası olduğundan son derece doğru ve kararlıdırlar. NIST'in bilim adamları F1 de dahil olmak üzere birden fazla atom saati üzerinde çalışıyor sezyum Milyon yılda bir saniye hata oranına sahip olan saat.
Yeni Nesil Zaman İşleyişi Uygulamaları
Yüksek doğruluk ve hassasiyetleri nedeniyle atom saatleri birçok endüstride kullanışlı hale gelmiştir. Olson, "Kuantumun saatlere bu kadar odaklanmış olmasının bir nedeni de halihazırda bir pazarın bulunmasıdır" dedi. "İnsanlar bu saatlerin var olduğunun ve faydalı bir teknoloji olduğunun farkındalar. İnsanlar bunları satın alıyor ve kullanıyor. Kuantum bilgisayarları gibi yerleşik ekonomik pazarlar olmadan diğer birçok kuantum teknolojisi ufukta görünüyor.” Atomik saatlerin, zaman işleyişinde çığır açan bir teknoloji olduğu zaten gösterildi; kuantum endüstrisindeki pek çok kişi bunun kuantum bilgisayarlara da yansıyacağını umuyor. Olson'un belirttiği gibi; "Şu anda dışarı çıkıp bir mağazadan kuantum bilgisayar satın alamazsınız, ancak onlarca yıldır ticari olarak kuantum saatleri satın alabiliyorsunuz." Bu, bu cihazları araştırmacıların ve şirketlerin diğer teknolojileri geliştirmede kullanmaları için daha erişilebilir hale getirir.
Bu cihazlar kolaylıkla temin edilebildiğinden, birçok endüstri halihazırda bu cihazların faydalarından önemli avantajlar elde etmeye çalışmaktadır. İtibaren GPS Uydulardan yerel ağlara geçiş yapan bu saatler, ordu da dahil olmak üzere pek çok kişiye fayda sağlayabilecek navigasyon sistemlerini geliştiriyor. Margolis, "Örneğin satnav'lar, alıcının konumunu hesaplayıp takip edebilmek için uydulardaki atom saatlerine güveniyor" diye açıkladı. Atomik saatler ayrıca bize Dünya'nın şekli ve yerçekimi alanları hakkında daha fazla bilgi verme konusunda özellikle faydalıdır. Bir göre 2020 CASUS makale: "Yerçekiminin varlığı zamanın geçiş hızını etkilediğinden, deniz seviyesine yakın saatler aslında Everest Dağı'ndaki saatlerden daha yavaş işliyor, bu da fizikçilerin bu saatleri gezegenimizin şeklini izlemek için kullanabileceği anlamına geliyor; bu, bilimsel bir alan olarak biliniyor. jeodezi.” Bu teknoloji, bilim adamlarının deniz seviyesindeki değişiklikleri daha doğru bir şekilde takip etmelerine veya doğal afetler için erken tespit ve uyarı sistemleri sağlamalarına bile yardımcı olabilir.
Finans gibi diğer endüstriler de bu cihazlardan faydalandı. Olson, "Neredeyse her finansal işlemde kullanılıyorlar" dedi. “Çoğu insan bunu düşünmüyor ancak atom saatleri sonuçta hisse senedi alım satımları ve ATM işlemleri için zaman damgaları sağlıyor. Yani, her para veya veri işlemi yaptığınızda, genellikle GPS'ten veya diğer izlenebilir zaman ölçeklerinden türetilen bir zaman etiketi alır. Bu, finansal piyasaların güvenliği ve düzenlenmesi açısından önemlidir.” Uzay araştırmaları bile atom saatleri için bir kullanım alanı buluyor. İçinde 2019, NASA yörüngeye atom saati gönderdi. Yakın zamanda yapılan bir araştırmada "Bu saatler, uzay aracının kendisini yönlendirmesine ve otonom olarak yön bulmasına yardımcı olacak" denildi. NASA makalesi açıkladı. Ancak atom saatlerinden daha fazla yararlanmak için daha küçük, sağlamlaştırılmış versiyonların kullanılması gerekiyor. tasarlanmış ve geliştirdi.
Atom Saatleri ve Kuantum Bilgisayarları
Kuantum endüstrisindeki birçok kişi, bir tür teknolojiyi, atom saatini, diğer bir teknoloji türü olan kuantum bilgisayarla birleştirmeyi umuyor. Son zamanlarda yapılan araştırmalar, son derece hassas bir ölçüm yapmak için bir atom saatinin bir kuantum bilgisayara eklenebileceğini gösterdi. algılayıcıyerçekimini ve diğer kuvvetleri ölçebilen. Olson, "Atom saatleri var olan en iyi frekans referanslarıdır" diye açıkladı. “Ve frekans, insanlığın erişebildiği en iyi ölçülebilir kalitedir. Dolayısıyla, atom-lazer etkileşimlerini kullanan kuantum bilgisayarların çok önem verdiği, lazerinizin tam olarak hangi frekansın olduğunu umursadığınız her zaman faydalıdır. Lazer frekanslarının kararlılığı, kuantum hesaplamadaki bazı yöntemler için bir sınırlama olabilir. Çünkü faz gürültüsü, frekans gürültüsü veya gürültünün geçit fonksiyonlarının aslına uygunluğuna zarar verecek başka yolları olabilir. Çoğu zaman bu, lazerlerini kilitlemek veya atom saatine benzer şekilde gürültü performanslarını iyileştirmek için güvenilir bir frekans referansına sahip olunarak geliştirilebilir."
Atom saatleri ve kuantum bilgisayarlardan oluşan bu hassas sensörler sayesinde, bu kuantum sensörlerin ve görüntüleme cihazlarının birçok kullanım alanı vardır. Olson, "Yakın vadede bazı insan dostu uygulamalar, antik kalıntıları bulmak için ormanları, balta girmemiş ormanları veya toprağı tarayabileceğiniz yeni görüntüleme teknikleri gibi jeoloji veya arkeoloji alanındadır" dedi. “Bu teknikler devam ediyor askeri savaş alanının daha önce hiç olmadığı gibi izlenebileceği ve gözlemlenebileceği bir yer kullanın. Araştırmaların hâlâ yapılması gerekiyor olsa da, diğerleri bu cihazların potansiyel olarak yeni petrol veya maden yatakları bulmak için kullanılabileceğini öne sürdü.
Kuantum hesaplamanın hala kat etmesi gereken uzun bir yol olmasına rağmen Olson, atom saatlerinin genel ağ için bireysel bilgisayarlardan daha önemli olacağına inanıyor. "Bilgi iletmek, verileri senkronize etmek ve güvenli kuantum iletişimini sağlamak için saatlere ihtiyaç duyacağımız şey kuantum ağıdır" dedi. "İletilen bilginin zaman ve frekans içeriğini anlamamız önemli olacak... Ancak bence bir kuantum bilgisayarın gerçek işleyişi, atom saatinden çok frekans referanslarına bağlı olacaktır."
Kenna Hughes-Castleberry, Inside Quantum Technology'de ve JILA'da (Colorado Boulder Üniversitesi ile NIST arasındaki bir ortaklık) Bilim İletişimcisi'nde personel yazarıdır. Yazı ritimleri derin teknoloji, metaverse ve kuantum teknolojisini içerir.
