“量子悖论”实验能实现更精确的传感器和时钟

一个国际研究小组将使用处于叠加状态的量子粒子测试爱因斯坦的孪生悖论-这一实验可能会实现更精确的传感器和时钟。孪生悖论假定，距大质量物体不同距离或以不同速度行驶的人们，时间可以以不同的速度经过。昆士兰大学教授马格达莱纳•齐奇（Magdalena Zych）教授说：“例如，相对于远离任何大物体的参考时钟，接近质量或高速移动的时钟滴答声会变慢。” “这形成了一个“双胞胎悖论”，一对双胞胎中的一个在快速出发，而另一个则留在后面。”

以不同速度叠加的时钟将在著名狭义相对论“孪生悖论”的量子版本中测量不同经过时间的叠加。图片由Magdalena Zych提供。

当双胞胎团聚时，运动的双胞胎会年轻得多，因为每个人都会经历不同的时间。 Zych将此悖论描述为“相对论最不符合直觉的预测之一”。研究人员将使用先进的激光技术来实现双生子悖论的量子形式。在量子形式中，将有一个粒子以量子叠加的形式移动，而不是孪生。这意味着粒子将同时位于两个位置。它会以某种程度的概率出现在每个位置，但这不同于将粒子随机放置在一个或另一个位置。齐奇说：“只有在量子物理定律允许的情况下，物体才存在另一种方式。”

研究小组将证明，在脉冲序列中没有时钟跳变的闭合光脉冲干涉仪对线性势中的引力时间膨胀不敏感，并且它们可以构成相对论双生子悖论的量子形式。该团队提出了一种量子钟干涉仪的实验几何形状，可以隔离这种影响。齐奇说：“我们的想法是将一个粒子以不同的速度叠加在两条轨迹上，并观察它们中的每条轨迹是否经过了不同的时间，”“如果我们对量子理论和相对论的理解是正确的，那么当叠加的轨迹相遇时，量子行进器将处于比其年龄更大或更年轻的状态。这将在实验结果中留下明确的特征，这就是我们希望在将来实现实验装置时发现的东西。” 实验可能会实现先进的技术，这将使物理学家能够为未来的导航系统、自动驾驶汽车和地震预警网络构建更精确的传感器和时钟。