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劃世代科技 量子時鐘精準又穩定

方家敏 2014/06/19 18:38 點閱 3970 次
物理學家已發現能打造「量子超級時鐘」的理論基礎,結合時下最熱門的原子鐘和「量子纏繞」研究,提升時間和空間導航的精準度與穩定度。  (photo by nicksarebi on Flickr – used under Creative Commons license)
物理學家已發現能打造「量子超級時鐘」的理論基礎,結合時下最熱門的原子鐘和「量子纏繞」研究,提升時間和空間導航的精準度與穩定度。 (photo by nicksarebi on Flickr – used under Creative Commons license)

【台灣醒報記者方家敏綜合報導】絕對零時差!「量子超級時鐘」將顛覆人類對時間計算的概念。RT報導,物理學家指出,他們相信已發現能打造「量子超級時鐘」的理論基礎,結合時下最熱門的原子鐘和「量子纏繞」研究,透過原子鐘的集合建構量子網絡,提升時間和空間導航的精準度與穩定度。

根據《自然物理》(Nature Physics)期刊本周發表的研究,美國哈佛大學物理學家艾瑞克‧凱斯勒指出,利用量子物理學的原理,科學家可以建立一套比現有任何單一鐘錶都還要精準的原子鐘全球網絡,使得世界各國能夠同步擁有計時標準,並提高空間導航的精準度。也就是說,只需要這一個量子時鐘,等於擁有高精準度、高穩定度的世界時鐘。

【結合兩大研究】
量子時鐘的想法結合了當前學術界兩大熱門的研究領域,一是原子鐘。原子鐘是利用原子的共振頻率製造出精確度高的計時儀器,是世界上已知最精準的時間測量和頻率標準,也是國際時間和頻率轉換的基準,用來控制電視廣播和GPS。目前最好的銫原子鐘可以達到每5萬年才相差1秒。

其二是量子糾纏(quantum entanglement,或稱量子纏繞),這是指粒子在由2個或2個以上粒子組成系統中互相影響的現象。

凱斯勒舉例,「試想天空中有10顆人造衛星,每顆都帶有自己的原子鐘,以其中一顆為網絡中心。而其中一顆衛星使自己的原子鐘微粒進入糾纏狀態,隨後就能與相鄰的衛星連結,將糾纏延伸過去,最終傳遞至整個衛星群,此時就可以利用時鐘粒子的糾纏,將衛星組成一個量子網絡。」

【打造量子網絡】
這種糾纏的狀態可以提高單一原子鐘的精準性,就好像每台獨立的原子鐘都在使用一個巨大而精確的鐘擺一樣,而每台時鐘都可以向中心衛星發送臨時更新,隨後網絡便能將其進行整體性能的微調;也就是透過多個原子鐘的運作,以量子糾纏態傳送訊息,組成一個巨大的量子網絡時鐘。若網絡中的原子鐘越多,就會越精準、性能越好。

天體物理學家詹姆斯‧湯馬斯指出,這篇論文之所以重要,是因為其證明了量子糾纏能夠改進科學家的測量能力。雖然這是一個非常有未來感的想法,但科學家仍有很長的路要走,因為儘管此鐘錶系統的某些部份能夠在實驗室理製造完成,但至今仍沒有人能證明太空中量子糾纏狀態的存在。

延伸閱讀:http://news360.com/article/244241155/#/web/ 原文連結



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