Оркестр без дирижёра: каждый музыкант слышит только соседа и немного опаздывает или спешит. В обычных атомных часах похожая картина — атомы колеблются, но их ритм сбивается из-за теплового дрожания, и точность хода ограничена.
Однако группе физиков удалось превратить этот недостаток в достоинство. Они поместили облако из ста тысяч атомов стронция между двумя зеркалами — в оптический резонатор — и осветили лазером. Свет, мечущийся между зеркалами, заставляет атомы «чувствовать» друг друга. Если какой-то атом выбивается из общего ритма, он теряет энергию чуть быстрее соседей и подстраивается. Этот механизм, называемый диссипацией (рассеянием энергии), обычно разрушает упорядоченность, но здесь он работает как невидимый дирижёр. В результате неопределённость коллективного ритма сжимается — физики говорят о «сжатии спинового состояния». В эксперименте удалось снизить квантовый шум более чем в 300 раз по сравнению со стандартным пределом. Это примерно как если бы разброс мнений сотни экспертов вдруг сжался до единодушного вердикта.
Самое хитрое здесь — работа в режиме, где свет не успевает «успокоиться» между атомами. Раньше считалось, что для такого трюка нужно, чтобы фотоны жили в резонаторе очень недолго, иначе они запутывают картину. Авторы показали, что можно плавно менять частоту и мощность лазера, и тогда система сама находит устойчивый режим с малым числом фотонов, где паразитные эффекты подавлены. В конце процедуры квантовую запутанность удаётся аккуратно перенести на долгоживущие состояния атомов, просто выключив лазер. Так оркестр продолжает играть слаженно даже после ухода дирижёра.
Такой подход не требует экзотических условий и может быть реализован в существующих лабораториях. Он открывает путь к часам, которые позволят проверять, не меняются ли фундаментальные постоянные со временем, искать тёмную материю по сбоям хода времени и улучшить спутниковую навигацию до сантиметровых точностей.
Атомные часы на основе стронция настолько точны, что если бы они шли с момента Большого взрыва, то к сегодняшнему дню отстали бы или убежали меньше чем на секунду.
В романе «Темный лес» Лю Цысиня сверхточные часы используются для синхронизации атак на звездолёты, разбросанные в пространстве на световые годы — малейшая ошибка во времени оборачивается промахом в миллионы километров.