Обычные атомные часы напоминают камертон, который нужно держать в идеальной тишине и покое. Малейшее движение — и нота плывёт. Так и с атомами: их тепловое движение сдвигает частоту излучения, и сверхточные часы требуют почти полной остановки частиц. Это сложно, дорого и громоздко.
Авторы работы придумали, как «услышать» чистую ноту даже в шумном оркестре из трёх миллионов атомов стронция, разогретых до комнатной температуры. Ключ — два хитрых протокола возбуждения. Первый бьёт по атому сразу тремя лазерными импульсами, частоты которых подобраны так, что эффект Доплера взаимно уничтожается. Второй протокол действует в два шага: сначала один фотон, затем пара. Оба метода сократили время манипуляции до микросекунды — это в тысячи раз быстрее, чем раньше.
Теперь тот самый камертон можно использовать не в безмолвной лаборатории, а прямо на шумной улице. Результат — не просто ускорение, а снятие жёстких требований к вакууму и охлаждению. Это значит, что сверхточные атомные часы могут стать меньше, дешевле и доступнее — например, на спутниках или в мобильных квантовых приборах.
как её написали авторы, на английском arXiv:2607.06789
We demonstrate two Doppler-free (DF) excitation schemes for coherent manipulation of the $${}^1\!S_0 - {}^3\!P_0$$ clock transition in $$^{88}$$Sr that achieve microsecond-scale excitation times. The first approach uses three-photon excitation with distinct phase-coherent spectral components to couple the ground and clock states while canceling the first-order Doppler shift. The second approach is a sequential protocol that combines a single-photon excitation with a two-photon Raman excitation, reducing coherent clock transition manipulation times to below a microsecond. With both methods, we perform high-contrast Ramsey spectroscopy on thermal ensembles of $$3 \times 10^{6}$$ atoms in free space. We observe three orders of magnitude suppression of Doppler dephasing compared to single-photon excitation, relaxing the need for tight confinement or ultra-low temperatures. These broadly applicable techniques enable fast, coherent manipulation of narrow-line transitions, with implications for optical atomic clocks, matter-wave interferometers, quantum-enhanced metrology, and quantum information processing.
Три миллиона атомов в эксперименте — это примерно число людей в таком городе, как Мадрид, но все они помещались в объёме меньше напёрстка.
В романе «Вечность» Грега Игана квантовые часы, не требующие криогенных температур, становятся основой для межзвёздной навигации.