El reloj de lógica cuántica, quizás más conocido por mostrar que envejeces más rápido si te paras en un taburete, ha vuelto a subir a los escalones de rendimiento líderes de los relojes atómicos experimentales del mundo.

Los físicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han estado actualizando silenciosamente el diseño de su reloj de lógica cuántica durante los últimos ocho años. principalmente para reducir los errores del movimiento no deseado del ión de aluminio único (átomo cargado eléctricamente) que hace que el reloj "haga tictac".

Como se describe en Cartas de revisión física , la incertidumbre sistemática del reloj de lógica cuántica (qué tan cerca el reloj representa las vibraciones naturales del ion, o frecuencia) es 9,5 × 10? 19, lo mejor de cualquier reloj del mundo. Esto significa que el reloj lógico no ganaría ni perdería ni un segundo en 33 mil millones de años, que es aproximadamente dos veces y media la edad estimada del universo.

En esta métrica, ahora supera a los dos relojes NIST utilizando átomos neutros atrapados en redes de rayos láser, el reloj de celosía de iterbio y el reloj de celosía de estroncio.

"El rendimiento del reloj lógico no me sorprende, ", dijo el líder del proyecto David Leibrandt." Los relojes de iones están naturalmente mejor aislados del medio ambiente, que es la fuente de inexactitud de los relojes atómicos, que los relojes de celosía. Es importante distinguir entre precisión y estabilidad en este punto. La gente espera que los relojes de celosía funcionen mejor en estabilidad, y lo hacen actualmente. Nuestro reloj de lógica cuántica más reciente es el líder mundial en precisión pero no estabilidad ".

La estabilidad del reloj lógico (cuánto tiempo se tarda en medir el tiempo) es 1,2 × 10 ^-15 para una medición de 1 segundo, que está cerca de lo mejor logrado por un solo reloj de iones, pero aproximadamente 10 veces peor que ambos relojes de celosía NIST.

El reloj de lógica cuántica recibió su apodo porque toma prestadas técnicas de toma de decisiones lógicas de la computación cuántica experimental. El aluminio es una fuente excepcionalmente estable de tictac del reloj, vibrando entre dos niveles de energía más de un millón de billones de veces por segundo, pero sus propiedades no se manipulan ni detectan fácilmente con láseres. Entonces, Las operaciones lógicas con un ion de magnesio asociado se utilizan para enfriar el aluminio y señalar sus tics.

En 2010, El reloj de lógica cuántica del NIST tuvo el mejor rendimiento de cualquier reloj atómico experimental. El reloj también atrajo la atención por las demostraciones de 2010 de los aspectos de la "dilatación del tiempo" de las teorías de la relatividad de Einstein:que el tiempo pasa más rápido en las elevaciones más altas, pero más lento cuando te mueves más rápido.

Desde entonces, Los relojes de celosía de NIST se han estado saltando continuamente en rendimiento, dando la impresión de una carrera para identificar a un único ganador. De hecho, todos los relojes son útiles para fines de investigación y son posibles contendientes para estándares de tiempo futuros u otras aplicaciones.

La definición internacional del segundo (en el Sistema Internacional de Unidades, o SI) se basa en el átomo de cesio desde 1967, por lo que el cesio sigue siendo la "regla" para el cronometraje oficial. El reloj lógico es un competidor para que la comunidad científica internacional seleccione un estándar de tiempo futuro. Los científicos del NIST están trabajando en varios tipos diferentes de relojes experimentales, cada uno basado en diferentes átomos y ofreciendo sus propias ventajas. Todos estos relojes experimentales se basan en frecuencias ópticas, que son más altas que las frecuencias de microondas utilizadas en los estándares actuales de cronometraje basados ​​en cesio.

Varios avances técnicos permitieron mejorar el rendimiento del reloj lógico, incluyendo un nuevo diseño de trampa de iones que redujo el movimiento de iones inducido por calor, permitir la operación cerca del estado fundamental deseable, o el nivel más bajo de energía motriz. Además, se utilizó una frecuencia más baja para operar la trampa de iones, reduciendo el movimiento de iones no deseado causado por el campo eléctrico utilizado para atrapar los iones. Finalmente, El control cuántico mejorado ha reducido la incertidumbre de las mediciones de los cambios de frecuencia debidos al movimiento de los iones.

La precisión del reloj se determinó midiendo y sumando los cambios de frecuencia causados ​​por nueve efectos diferentes. La estabilidad se midió mediante comparación con el reloj de celosía de iterbio del NIST.

Se planean mejoras adicionales en el diseño de trampas y otras características para mejorar aún más el rendimiento. Ya, Los tres relojes experimentales del NIST se pueden comparar para mejorar las mediciones de posibles cambios en algunas de las "constantes" fundamentales de la naturaleza, una línea de investigación que tiene importantes implicaciones para la cosmología y las pruebas de las leyes de la física, como las teorías de la relatividad especial y general de Einstein.