利用量子计算工具增强的多系综原子钟

原子钟是一类利用原子共振频率高精度计时的时钟。虽然这些年来这些时钟变得越来越先进和准确，但现有版本可能无法最好地利用它们所依赖的资源来计时

加州理工学院的研究人员最近探索了使用量子计算技术进一步提高原子钟性能的可能性。他们发表在《自然物理学》上的论文介绍了一种新方案，该方案能够同时使用多个原子钟来更精确地计时

“原子钟已经有几十年的历史了，但它们的性能每年都在提高，”该论文的合著者Adam Shaw告诉Phys.org。

。为了做到这一点，研究人员通过实验实现了一项已有10年历史的理论建议，该建议要求同时使用多个时钟，通过确保每个时钟以不同的速率记录时间的流逝，从而比单个时钟更好地保持时间

肖解释道：“这个想法基本上与一块手表上有多只指针相同：一只时针可以记录更长的时间变化，一只分针可以更准确地记录更短的时间变化。”。“我们所做的基本上是在原子尺度上构建这样一个多指针时钟。为此，我们展示了一种通过改变单个原子在激光束中的位置来高保真控制单个原子电子状态的新方法。”

研究人员使用他们提出的技术来控制原子钟中的单个原子。具体来说，他们确保每个原子有效地经历较慢或较快的时间流逝，这取决于它们相对于所施加激光束的动态位置

Shaw说：“目前世界上最精确的时钟是通过测量大量原子的时间流逝来工作的，但我们证明了单独控制可以带来更好的性能。”。“更普遍地说，我们的工作显示了将量子计算机和量子传感器的功能相结合的力量，许多其他小组正在努力实现和改进这一结合。”

Shaw和他的同事收集的初步发现非常令人鼓舞，突出了量子计算技术在计量研究中的潜力。在未来，这项研究可能会启发开发其他可编程量子光学时钟，从而产生更好的性能

在该团队发表论文一周后，伯克利的Shimon Kolkowitz领导的另一个研究小组在《物理评论X》上发表了一篇论文，试图实现类似的多指针时钟。他们的多指针钟是使用不同的技术创建的，但它也突出了一次依赖多个原子钟的优势

“我们现在正致力于在每个时钟内的各个原子之间使用量子纠缠，以便原子表上的每个‘指针’变得更加精确。这样做应该会提高时钟性能，并将成为量子计算机和原子钟的真正混合体。”