Kvant hissəciklərinin qəribə xüsusiyyətlərindən son dərəcə dəqiq ölçmələr aparmaq üçün necə istifadə etmək olar? Bu sual kvant metrologiyasının tədqiqat sahəsinin mərkəzində dayanır. Bir nümunə, atomların kvant xüsusiyyətlərindən istifadə edərək vaxtı adi saatlarla mümkün olduğundan daha dəqiq ölçmək üçün istifadə edən atom saatıdır.

Bununla belə, kvant fizikasının əsas qanunları həmişə müəyyən dərəcədə qeyri-müəyyənliyi ehtiva edir. Bəzi təsadüfilik və ya müəyyən statistik səs-küy qəbul edilməlidir. Bu, əldə edilə bilən dəqiqliyə əsas məhdudiyyətlərlə nəticələnir. İndiyə qədər iki dəfə dəqiq olan saatın ən azı iki dəfə çox enerji tələb etməsi dəyişməz qanun kimi görünürdü.

İndi TU Wien, İsveçin Chalmers Texnologiya Universiteti və Malta Universitetindən olan tədqiqatçılar qrupu dəqiqliyi eksponent olaraq artırmaq üçün xüsusi fəndlərdən istifadə oluna biləcəyini nümayiş etdirdilər. Əhəmiyyətli məqam, saatın saniyə əqrəbi və dəqiqə əqrəbi kimi iki fərqli vaxt şkalasından istifadə etməkdir.

Qəzet Nature Physics jurnalında dərc olunub .

Saat tam olaraq nədir?

TU Wien Atom İnstitutundan professor Markus Huber deyir: “Biz prinsipcə hansı saatların nəzəri cəhətdən mümkün ola biləcəyini təhlil etdik. “Hər saatın iki komponentə ehtiyacı var: birincisi, sarkaçlı saatdakı sarkaç və ya hətta kvant salınımı kimi zaman bazası generatoru. İkincisi, sayğac – zaman bazası generatoru tərəfindən müəyyən edilmiş neçə vaxt vahidinin artıq keçdiyini hesablayan istənilən element.”

Zaman bazası generatoru həmişə eyni vəziyyətə qayıda bilər. Bir tam salınmadan sonra, sarkaçlı saatın sarkacı əvvəllər olduğu yerdədir. Müəyyən sayda salınımdan sonra bir atom saatında sezium atomu əvvəlki vəziyyətinə qayıdır. Digər tərəfdən sayğac dəyişməlidir – əks halda saat faydasızdır.

TU Wien-dən Florian Meier deyir: “Bu o deməkdir ki, hər saat geri dönməz bir prosesə qoşulmalıdır”. “Termodinamikanın dili ilə desək, bu o deməkdir ki, hər saat kainatdakı entropiyanı artırır; əks halda bu, saat deyil”. Sarkaçlı saatın sarkacı ətrafındakı hava molekulları arasında bir az istilik və nizamsızlıq yaradır və atom saatının vəziyyətini oxuyan hər lazer şüası istilik, radiasiya və beləliklə də entropiya yaradır.

Professor Huber deyir: “İndi biz son dərəcə yüksək dəqiqliyə malik hipotetik saatın nə qədər entropiya yaratmalı olduğunu və buna uyğun olaraq belə bir saatın nə qədər enerjiyə ehtiyac duyacağını düşünə bilərik”. “İndiyə qədər xətti əlaqə var idi: min dəfə dəqiqlik istəyirsinizsə, ən azı min dəfə çox entropiya yaratmalı və min dəfə çox enerji sərf etməlisiniz.”

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=2612643799&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1749620319&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-06-scales-quantum-clock-accuracy-exponentially.html%23google_vignette&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM3LjAuNzE1MS4xMDMiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzNy4wLjcxNTEuMTAzIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzNy4wLjcxNTEuMTAzIl0sWyJOb3QvQSlCcmFuZCIsIjI0LjAuMC4wIl1dLDBd&dt=1749620316456&bpp=6&bdt=145&idt=47&shv=r20250609&mjsv=m202506100101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1749620267%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1749620267%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1749620267%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0%2C336x280%2C1905x945%2C336x280&nras=2&correlator=6326620117948&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=4&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=2837&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31092897%2C95353386%2C31092936%2C95362794%2C95359265%2C95362804%2C95363074%2C31092547&oid=2&psts=AOrYGsmlHGaUwVUDe7Q1BIV4Z-mPR-5DzfyPzB4QK84MZrV9BHPYbErao9hWtO-TQagBLAhHIYz1J0o98tMHiA&pvsid=7370094258083036&tmod=54008405&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=5&uci=a!5&btvi=2&fsb=1&dtd=3232

Kvant vaxtı və klassik vaxt

Bununla belə, Vyanadakı Avstriya Elmlər Akademiyası (ÖAW) və İsveçin Çalmers Texnologiya Universiteti və Malta Universitetinin komandaları ilə birlikdə TU Wien-dəki tədqiqat qrupu indi iki fərqli vaxt şkalası ilə bu aşkar qaydadan yayınmaq olar.

Meier deyir: “Məsələn, qum dənələrinin şüşənin yuxarısından aşağı düşərək vaxtı göstərdiyi kimi, vaxtı ölçmək üçün bir sahədən digərinə hərəkət edən hissəciklərdən istifadə edə bilərsiniz”. Bu cür vaxt ölçən cihazların bütün seriyasını ardıcıl olaraq birləşdirə və onlardan neçəsinin artıq keçdiyini hesablaya bilərsiniz – bir saat əqrəbinin digər saat əqrəbinin artıq neçə dövrə vurduğunu saydığı kimi.

Prof. Huber deyir: “Bu yolla siz dəqiqliyi artıra bilərsiniz, lakin daha çox enerji sərf etmədən deyil”. “Çünki hər dəfə bir saatın əqrəbi tam fırlanmanı tamamlayanda və digər saat əqrəbi yeni yerdə ölçüləndə – siz onu da deyə bilərsiniz ki, hər dəfə onu əhatə edən mühit bu əqrəbin yeni yerə köçdüyünü hiss etdikdə – entropiya artır. Bu sayma prosesi geri dönməzdir.”

Bununla belə, kvant fizikası başqa növ hissəciklərin daşınmasına da imkan verir: hissəciklər həmçinin heç bir yerdə ölçülmədən bütün strukturda, yəni bütün saat siferblatında hərəkət edə bilər. Müəyyən mənada hissəcik o zaman bu proses zamanı bir anda hər yerdə olur; nəhayət gələnə qədər onun dəqiq müəyyən edilmiş yeri yoxdur – və yalnız bundan sonra entropiyanı artıran geri dönməz bir prosesdə faktiki olaraq ölçülür.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .Abunə ol

Saatın saniyə və dəqiqə əqrəbləri kimi

TU Wien-dən Yuri Minoquçi izah edir: “Beləliklə, bizdə entropiyaya səbəb olmayan sürətli bir proses var – kvant nəqli – və yavaş, yəni hissəciyin ən sonunda gəlməsi”. “Bizim metodumuzun həlledici tərəfi odur ki, bir əl sırf kvant fizikası baxımından davranır və yalnız digər, daha yavaş olan əl əslində entropiya yaradan təsirə malikdir.”

Komanda indi bu strategiyanın entropiyanın artmasına görə dəqiqliyin eksponensial artmasına imkan verdiyini göstərə bildi. Bu o deməkdir ki, əvvəlki nəzəriyyələrə görə mümkün hesab ediləndən daha yüksək dəqiqliyə nail olmaq olar.

Tədqiqatın həmmüəllifi və Chalmers-də eksperimental qrupun rəhbəri Simone Gasparinetti deyir: “Bundan əlavə, nəzəriyyə hazırda mövcud olan ən qabaqcıl kvant texnologiyalarından biri olan superkeçirici sxemlərdən istifadə etməklə real dünyada sınaqdan keçirilə bilər”.

Professor Huber deyir: “Bu, yüksək dəqiqlikli kvant ölçmələri və arzuolunmaz dalğalanmaların qarşısının alınması üzrə tədqiqatlar üçün mühüm nəticədir və eyni zamanda, fizikanın həll olunmamış böyük sirlərindən birini: kvant fizikası ilə termodinamika arasındakı əlaqəni daha yaxşı anlamağa kömək edir”.

Daha çox məlumat: Florian Meier et al, Dəqiqlik termodinamikanın ikinci qanunu olan Təbiət Fizikası (2025) ilə məhdudlaşmır . DOI: 10.1038/s41567-025-02929-2

Jurnal məlumatı: Təbiət Fizikası 

Vyana Texnologiya Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir