物理学家用量子纠缠制造了空前精确的时钟，物理学的一个重大突破

没有什么比原子种计时更精确了。但即使是振动的原子核，也受到量子力学定律所施加的不确定性的限制。几年前，麻省理工学院和塞尔维亚贝尔格莱德大学的研究人员提出，量子纠缠可以推动时钟超越这个模糊的边界。

现在，我们有了一个实验形式的概念证明。物理学家将一团镱—171原子云与光子流连接在一起，并测量它们微小摆动的时间。他们的结果表明，以这种方式纠缠原子可以加快原子核钟的时间测量过程，使它们比以往任何时候都更精确。从理论上讲，基于这种新方法的时钟与时间本身相比只会损失100毫秒。

与其他基于铯和钍原子原子核的先进时钟类似，这种装置中的时间是通过吸收特定能量的光后，镱原子核内的振荡来测量的。由于镱的原子核能够以比铯原子核快10万倍的速度“发出嗡嗡声”，这使得计时机制要精确得多。

但根据量子物理学，它不可能准确地说出一个原子振动的起点和终点的时候。这个量子限制就像原子钟摆上的一个模糊点，我们可能有一个更精准的时钟，但如果我们甚至不能测量它，它又有什么用呢？

如果没有办法克服这个障碍，即使我们把一组原子核换成一种更精确的原子核也没有什么用，它们的量子模糊性对原子钟的精度造成了严格的限制。

一种技巧是，在由数百个微小原子组成的晶格中，记录多个原子同时振动的频率。目前的原子钟技术使用的激光被设计得尽可能稳定，为每个原子提供极其相似的光频率。通过组合他们的集体模糊，单个原子核的不确定性就平均出来了。

通过将原子以一种纠缠自旋量子概率的方式连接在一起，就有可能在系统中重新分配不确定性，以牺牲其他部分为代价提高某些部分的精确度。

麻省理工学院的物理学家舒驰说：“光就像是原子之间的通讯纽带。”“第一个看到这束光的原子会轻微地改变这束光，这束光也会改变第二个原子，第三个原子，经过许多个周期，原子集体地认识彼此，并开始有相似的行为。”

这可能看起来并不那么引人注目，但加速可能正是我们研究宇宙对时间的一些更微妙影响所需要的东西。“随着宇宙年龄的增长，光速会发生变化吗？”电子的电荷会改变吗？”麻省理工学院首席研究员弗拉丹·维勒提克说。“这就是你可以用更精确的原子钟来探测的东西。”

它甚至可以让我们找到广义相对论崩溃点，指向新的物理学，将时空的定义曲率与量子场的不确定性联系起来。或者让我们能够更好地测量暗物质的时间扭曲特性。站在物理学和天文学新时代的边缘，我们真的需要时间站在我们这一边。