Квантовые часы чувствуют гравитационное замедление ⚡ экспресс
Гравитационное замедление времени приводит к различию собственных времён часов на разной высоте. Рассматривается квантовый интерферометр с фотонными часами на частотных гребёнках, сохраняемыми в двух вертикально разнесённых квантовых запоминающих устройствах, благодаря чему совместное состояние эволюционирует в суперпозиции двух собственных времён. После извлечения из памяти фотоны интерферируют в схеме Хонга–У–Мандела, для которой получены аналитические выражения для статистики многофотонных отсчётов. При переходе от пар запутанных фотонов к 2N-фотонным частотно-запутанным состояниям зависящая от собственного времени фаза усиливается в N раз, что ускоряет коллапс и возрождение интерференционного сигнала. С учётом конечной эффективности и времени жизни памяти определены режимы, в которых модуляция остаётся наблюдаемой. Для параметров, совместимых с существующими рубидиевыми и цезиевыми памятью, первый коллапс происходит при разнице высот порядка 10–100 м и времени хранения от долей секунды до нескольких секунд, а комбинации с редкоземельными ионами и щелочными элементами позволяют снизить требуемую высоту до нескольких метров.
Время течет медленнее у земли, чем на крыше — это предсказал Эйнштейн в теории относительности. Чтобы заметить крошечную разницу, физики предлагают использовать пару фотонов, связанных подобно голосам в дуэте. Частицы отправляют в две световые ловушки на разной высоте, где они ждут, пока время для них расходится. Затем их выпускают и смешивают в устройстве Хонга-У-Мандела. Если фотоны синхронны, они гасят друг друга, и детектор молчит — как два камертона в унисон. Но гравитация меняет частоту (окраску) света, нарушая гармонию. Чтобы усилить эффект, берут не пару, а ансамбль из многих частиц. Тогда малейшая фальшь заметнее — хор слышнее солиста.
Такой метод приближает проверку квантовой физики в искривлённом пространстве-времени прямо в лаборатории.
🎯 За год разница хода часов между подвалом и чердаком составляет менее одной миллиардной доли секунды — новый метод делает ее заметной за пару секунд.
🎬 В фильме «Интерстеллар» время у чёрной дыры замедляется драматично; здесь — скромный, но реальный лабораторный отголосок.