Relojes cuánticos sienten la dilatación temporal gravitatoria ⚡ экспресс
La dilatación gravitacional del tiempo provoca diferencias en los tiempos propios de relojes a distintas alturas. Se estudia un interferómetro cuántico con relojes fotónicos de peines de frecuencias, almacenados en dos memorias cuánticas separadas verticalmente, de modo que el estado conjunto evoluciona en una superposición de dos tiempos propios. Tras recuperarlos de la memoria, los fotones interfieren en un esquema Hong–Ou–Mandel, para el cual se derivan expresiones analíticas de la estadística de recuentos multifotónicos. Al pasar de pares de fotones entrelazados a estados de 2N fotones entrelazados en frecuencia, la fase dependiente del tiempo propio se amplifica N veces, acelerando el colapso y el resurgimiento de la señal de interferencia. Considerando la eficiencia y el tiempo de vida finitos de la memoria, se determinan regímenes en los que la modulación sigue siendo observable. Con parámetros compatibles con las memorias de rubidio y cesio existentes, el primer colapso ocurre para diferencias de altura de 10-100 m y tiempos de almacenamiento desde fracciones de segundo hasta varios segundos; combinaciones con iones de tierras raras y elementos alcalinos permiten reducir la altura requerida a unos pocos metros.
El tiempo fluye más lento cerca del suelo que en el techo — así lo predijo Einstein en la teoría de la relatividad. Para notar esa diminuta diferencia, los físicos proponen usar un par de fotones, enlazados como las voces de un dúo. Las partículas se envían a dos trampas de luz a distinta altura, donde esperan hasta que el tiempo diverge para ellas. Luego se liberan y se combinan en un dispositivo Hong-Ou-Mandel. Si los fotones están sincronizados, se anulan mutuamente y el detector permanece en silencio — como dos diapasones al unísono. Pero la gravedad cambia la frecuencia (el color) de la luz, rompiendo la armonía. Para amplificar el efecto, no se usa un par, sino un conjunto de muchas partículas. Así, la más mínima desafinación se nota mejor — un coro suena más que un solista.
Este método acerca la comprobación de la física cuántica en el espacio-tiempo curvado directamente al laboratorio.
🎯 En un año, la diferencia de tiempo entre un sótano y un ático es menos de una milmillonésima de segundo; el nuevo método la hace notoria en un par de segundos.
🎬 En la película «Interstellar», el tiempo se ralentiza drásticamente cerca de un agujero negro; aquí tenemos un modesto pero real eco de laboratorio.