Agora, conforme relatado no periódico Nature , uma equipe do Caltech liderada pelo Professor de Física Manuel Endres desenvolveu um novo dispositivo que pode levar a algumas das medições de tempo mais precisas já alcançadas. O método combina relógios atômicos de última geração com computadores quânticos.

"Nosso objetivo é chegar à precisão máxima permitida pela natureza", diz Endres. "Agora demonstramos os blocos de construção para chegar lá." Os principais autores do estudo são o ex-bolsista de pós-doutorado do Caltech Ran Finkelstein, agora na Universidade de Tel Aviv, e os alunos de pós-graduação do Caltech Richard Bing-Shiun Tsai e Xiangkai Sun.

O dispositivo que permite essas medições precisas de tempo ajudará os físicos a sondar melhor as leis da natureza, como a teoria geral da relatividade de Albert Einstein, e estudar alguns dos problemas mais difíceis da física, como a natureza da matéria escura. Medições detalhadas desse tipo também são necessárias para detectar ondas gravitacionais, ondulações no espaço-tempo. (LIGO, o Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser, gerenciado pelo Caltech e pelo MIT, recentemente atingiu seu próprio marco na metrologia quântica .)

O grupo de Endres desenvolveu anteriormente " relógios de pinça ", que consistem em conjuntos de átomos de estrôncio neutro, nos quais cada átomo é controlado individualmente por lasers (as pinças). Por si só, os relógios de pinça são altamente precisos na marcação da passagem do tempo. No novo estudo, os pesquisadores demonstraram como realizar cálculos quânticos em um relógio de pinça para tornar os relógios ainda mais precisos.

"Relógios atômicos usam mecânica quântica para medir o tempo, enquanto computadores quânticos usam mecânica quântica para executar cálculos", diz Endres. "Aqui, estamos trabalhando na interface de ambos."

O desafio está em emaranhar os átomos no conjunto de relógios de pinça. O emaranhamento é um fenômeno que ocorre em escalas quânticas, em que as partículas se ligam sem estar em contato direto. "Você pode atingir mais precisão se os átomos estiverem emaranhados", diz Endres, "mas precisamos de uma forma complexa muito específica do emaranhamento".

O novo estudo demonstra que esse emaranhamento é possível e, em geral, que computadores quânticos podem ser integrados a sensores quânticos, como relógios atômicos. No futuro, os pesquisadores esperam reduzir ainda mais os erros no sistema para deixar seus relógios ainda mais próximos dos limites teóricos de precisão.

O estudo, intitulado " Operações quânticas universais e leitura baseada em ancilla para relógios de pinça ", foi financiado pelo Army Research Office, a National Science Foundation por meio do Institute for Quantum Information and Matter (IQIM) no Caltech, a Defense Advanced Research Projects Agency, o Departamento de Energia dos EUA, incluindo seu Quantum Systems Accelerator , o Troesh Family Distinguished Scholars Program do Caltech, a Taiwan-Caltech Scholarship, a Todd Alworth Larson Fellowship, o Council for Higher Education of Israel e a Terman Faculty Fellowship em Stanford. Outros autores incluem Pascal Scholl, Su Direkci e Tuvia Gefen do Caltech, bem como Joonhee Choi e Adam Shaw, ambos ex-Caltech, mas agora na Stanford University.

Outro estudo de um grupo diferente, liderado por Alec Cao, do JILA , obteve resultados semelhantes e foi publicado na mesma edição do periódico.