Университет Кюсю предложил теорию проверки суперпозиции собственного времени на ионных оптических часах

Группа под руководством Университета Кюсю при участии коллег из США, Канады и Швеции описала, как оптические часы на ионах в ловушке могут обнаружить квантовые эффекты собственного времени. Теоретическая работа Габриэля Сорчи, Джошуа Фу, Дитриха Лейбфрида, Кристиана Саннера и Игоря Пиковски опубликована 20 апреля 2026 года в Physical Review Letters. aps.orgPhysical Review Lettersaps.orgОткрыть источник ↗ Это теоретическая схема; в эксперименте эффект пока не наблюдали.

Почему замедлению времени нужно квантовое описание

Оптические часы разрешают релятивистское замедление времени, вызванное движением атомов или разным положением в гравитационном потенциале, по сдвигам частоты. Если поднять часы на несколько миллиметров, они идут чуть быстрее, и лучшие часы фиксируют эту разницу. По словам авторов, все такие измерения до сих пор можно объяснить динамикой относительно классического параметра собственного времени.

Команда показывает, что атомные часы способны проверять эффекты, для которых классического описания недостаточно, так как возникают суперпозиции собственного времени. Авторы применили гамильтонов формализм к атомам часов в гармонической ловушке. Из него они получили доплеровские сдвиги второго порядка, обусловленные энергией вакуума, сжатием состояния и квантовыми поправками к динамике.

Если движение атома находится в суперпозиции состояний, часы могут одновременно испытывать несколько темпов времени. Тогда движение оказывается запутанным с внутренней энергией часов. Доцент Института перспективных исследований Университета Кюсю Фу сказал, что признак такой запутанности состоит в том, что часы теряют часть квантовых свойств, и это можно обнаружить современными методами.

Сжатое движение и интерферометрия собственного времени

Авторы показывают, что запутанность движения и хода часов может стать наблюдаемой в современных часах, когда движение атомов сильно сжато. Этот режим реализует интерферометрию собственного времени. aps.orgPhysical Review Lettersaps.orgОткрыть источник ↗ Они заключают, что эксперименты с ионными часами в ловушке позволяют проверить релятивистскую эволюцию, для которой нужно квантовое описание собственного времени.

Команда также разработала теоретический подход к управлению движением ионов в ловушке. По данным авторов, он повышает чувствительность к эффекту в 100–1000 раз. Предложенный метод опирается на существующую экспериментальную технику.

Следующий шаг — эксперимент, который надёжно зафиксирует предсказанный признак с учётом помех и неопределённостей реальной лаборатории. Фу также сообщил, что группу интересует, смогут ли атомные часы со временем исследовать квантовую область гравитации.