นักฟิสิกส์กำลังสำรวจความเป็นไปได้ที่น่าทึ่งของการเชื่อมโยงนาฬิกาอะตอมรุ่นใหม่นาฬิกาที่ดีที่สุดในโลกไม่มีเข็มนาฬิกา ไม่มีลูกตุ้ม ไม่มีหน้าปัดหรือหน้าปัดดิจิตอล เป็นความสับสนของเลเซอร์ สายไฟ และอะตอมสตรอนเทียมในห้องทดลองของ Jun Ye ที่สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST) ในโบลเดอร์ เมืองโคโล เขารักษาความเย็นไว้ประมาณสามในล้านขององศาเหนือศูนย์สัมบูรณ์
นาฬิกาที่Ye อธิบายในวันที่ 6 ก.พ. นั้น
แม่นยำมากจนเมื่อเริ่มนับถอยหลังเมื่อโลกก่อตัวขึ้นเมื่อ 4.5 พันล้านปีก่อน มันก็จะไม่มีวันเพิ่มขึ้นหรือหายไปเลยแม้แต่วินาทีเดียว ในช่วงเวลานั้น นาฬิกาควอทซ์ของสวิสจะหลงทางไปอย่างน้อยสองสามพันปี
นาฬิกาอะตอมหรือออปติคัลของ Ye นั้นน่าประทับใจ แต่ก็เป็นเพียงก้าวเดียวสู่เป้าหมายการจับเวลาที่ทะเยอทะยาน เขาและเพื่อนร่วมงานที่ JILA ซึ่งเป็นสถาบันร่วมของ NIST และมหาวิทยาลัยโคโลราโด โบลเดอร์ วาดภาพอะตอมนาฬิกาอะตอมตั้งแต่ 10 เรือนขึ้นไป ติดตั้งในดาวเทียมและห้องปฏิบัติการระหว่างประเทศ และเชื่อมต่อกันอย่างประณีตเพื่อให้เทียบเท่ากับซูเปอร์คล็อกระดับโลกเพียงตัวเดียว เมื่อใดก็ตามที่ Ye ตรวจสอบเวลาด้วยเลเซอร์ตรวจวัดอะตอมในห้องทดลองในโคโลราโดของเขา นาฬิกาของเขาจะเชื่อมต่อกับนาฬิกาทุกเรือนในเครือข่าย — ทันทีโดยไม่คำนึงถึงระยะทาง — และให้ค่าการอ่านที่แม่นยำกว่านาฬิกาที่สร้างโดยอะตอมในปัจจุบันหลายร้อยเท่า นาฬิกา
เครือข่ายนาฬิกาที่แม่นยำจะมีความสามารถที่น่าทึ่ง มันจะให้ระดับของความบังเอิญทั่วโลกที่เป็นไปไม่ได้กับเทคโนโลยีปัจจุบัน และความบังเอิญมีความสำคัญในโลกที่เชื่อมต่อถึงกัน ซึ่งสาธารณูปโภคด้านไฟฟ้า เซิร์ฟเวอร์อินเทอร์เน็ต และบริษัททางการเงินประสานบริการของตนกับนาโนวินาทีและต้องการทำให้ดียิ่งขึ้นไปอีก
อย่างน่าทึ่ง ซูเปอร์คล็อกระดับโลกยังสามารถวัดสิ่งที่ไม่มีการเชื่อมต่อกับเวลาโดยสัญชาตญาณ เนื่องจากเวลาและแรงโน้มถ่วงมีการเชื่อมโยงกันโดยกำเนิดตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ นักวิจัยจึงสามารถใช้นาฬิกาเป็นมาตราส่วน ซึ่งสัมพันธ์กับความผันผวนเล็กน้อยในอัตราการเดินของนาฬิกากับมวลที่อยู่ด้านล่าง นาฬิกาที่บินอยู่เหนือดินแดนของศัตรูสามารถตรวจจับมวลที่หายไปใต้พื้นผิวได้ – บางทีตำแหน่งของอุโมงค์ใต้ดินหรือถ้ำลับ
การสร้างเครือข่ายนาฬิกานี้จะซับซ้อนแต่ยังห่างไกลจากความเป็นไปไม่ได้ กุญแจสำคัญคือการผสานความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของการจับเวลาของอะตอมกับการพัวพันควอนตัม การเชื่อมต่อที่ซับซ้อนของอนุภาคย่อยของอะตอมที่เกือบจะลึกลับในขณะนี้เหมือนกับตอนที่ไอน์สไตน์เยาะเย้ยว่า “น่ากลัว” เมื่อเกือบ 70 ปีที่แล้ว การใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์ที่บิดเบือนความคิดนี้เพื่อสร้างการเชื่อมโยงควอนตัมแบบทันทีในระยะทางกว้างใหญ่อาจทำให้อุปกรณ์บอกเวลาที่ซับซ้อนที่สุดในประวัติศาสตร์ของมนุษย์
ตั๋วสู่ความแน่นอนที่มากขึ้น
ดูเหมือนว่าฟิสิกส์จะมีเหตุผลมากกว่านี้ก่อนกลศาสตร์ควอนตัม ทฤษฎีที่เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมของสสารในระดับอะตอมและระดับอะตอมถูกเสนอขึ้นในช่วงกลางทศวรรษที่ 1920 ในฟิสิกส์คลาสสิก วัตถุขนาดใหญ่และขนาดเล็กมีคุณสมบัติที่ชัดเจน ตัวอย่างเช่น อิเล็กตรอนมีอยู่ ณ ตำแหน่งหนึ่ง ณ เวลาหนึ่งและมีสปินที่แน่นอน แต่ขอบเขตของกลศาสตร์ควอนตัมถูกปกครองโดยการสุ่ม อิเล็กตรอนสามารถอยู่ได้หลายที่และหมุนได้หลายทิศทางในคราวเดียว มันสามารถมีอยู่ในสิ่งที่เรียกว่าสถานะซ้อนทับกัน เฉพาะเมื่อมีคนวัดอิเล็กตรอนเท่านั้นที่จะตัดสินตามลักษณะเฉพาะ
ยิ่งนักวิทยาศาสตร์ขุดลงไปในสมการที่อยู่ภายใต้กลศาสตร์ควอนตัมมากเท่าไหร่ ทฤษฎีนี้ก็ยิ่งขัดกับสัญชาตญาณมากขึ้นเท่านั้น ในปี 1935 Einstein ร่วมกับเพื่อนร่วมงาน Boris Podolsky และ Nathan Rosen ได้ทำการทดลองทางความคิดที่มีชื่อเสียงเรื่องหนึ่งของเขา และตระหนักว่าในทางทฤษฎี อนุภาคหลายตัวสามารถโต้ตอบและรักษาความสัมพันธ์ที่แปลกประหลาดเมื่อแยกจากกัน ในตอนแรกอนุภาคจะยังคงอยู่ในสถานะซ้อนทับ ซึ่งรวมคุณสมบัติหลายอย่างไว้พร้อมกัน ทว่าผู้ที่ตรวจวัดอนุภาคตัวใดตัวหนึ่งก็สามารถระบุคุณสมบัติของอนุภาคอื่นได้ทันที การเชื่อมต่อทันทีนี้เป็นจริงโดยไม่คำนึงถึงระยะห่างระหว่างอนุภาค: เซนติเมตร กิโลเมตร แม้กระทั่งปีแสง ( SN: 11/20/10, หน้า 22 )
ไอน์สไตน์สงสัยอย่างจริงจังว่าอนุภาคสามารถรักษาความสัมพันธ์ทางไกลที่ใกล้ชิดเช่นนี้ได้ ภายหลังเขาเรียกผลลัพธ์ที่ไร้เหตุผลว่า “การกระทำที่น่ากลัวในระยะไกล” นักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย Erwin Schrödinger เปิดรับความเป็นไปได้มากกว่านี้ เขาบัญญัติศัพท์คำว่าควอนตัมพัวพัน
ทุกวันนี้ นักฟิสิกส์ยังไม่แน่ใจว่าอนุภาคหลายตัวจัดการประสานคุณสมบัติของพวกมันในทันทีได้อย่างไร อย่างไรก็ตาม ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นจริงอย่างแน่นอนที่สุด และนักวิจัยก็พยายามแสดงให้เห็นในห้องปฏิบัติการเป็นอย่างดี
ในปี 2011 ทีมงานชาวออสเตรียซึ่งรวมถึง Thomas Monz จากมหาวิทยาลัย Innsbruck ได้พันอะตอมแคลเซียม 14 อะตอมด้วยการบีบเข้าด้วยกันด้วยแสงเลเซอร์ ( SN Online: 4/10/11 ) ก่อนที่ทีมของ Monz จะทำการวัด อะตอมแต่ละอะตอมจะอยู่ในตำแหน่งทับซ้อนของอิเล็กตรอนที่เป็นไปได้สองแบบ แต่เมื่อนักวิจัยวัดการกำหนดค่าของอะตอมตัวใดตัวหนึ่ง อีก 13 อะตอมก็เข้าสู่สถานะเดียวกันทันที เนื่องจากการพัวพัน 14 อะตอมจึงมีพฤติกรรมเหมือนหนึ่งเมกะอะตอม
