Учёные разработали теоретическую модель первых полностью автономных квантовых часов, способных измерять время без внешней синхронизации. В отличие от традиционных атомных часов, работа новой системы не потребует управления лазером и основана исключительно на внутренних процессах.
В основе конструкции лежит резонатор из двух зеркал, одно из которых неподвижно, а другое способно совершать колебания. Между ними находится атом с тремя энергетическими состояниями. Под воздействием микроскопических температурных колебаний атом переходит между этими состояниями и испускает фотоны. Отражаясь между зеркалами, фотоны заставляют подвижное зеркало колебаться, выполняя роль квантового аналога маятника. Сам атом действует как спусковой механизм, обеспечивая регулярную последовательность «тиков».
Математический анализ показал, что при правильной настройке система способна создавать стабильные и надёжные колебания, аналогичные работе классического маятника, но на квантовом уровне.
Исследователи отмечают, что новая модель позволит преодолеть так называемое термодинамическое соотношение неопределённостей, которое ранее ограничивало точность автономных квантовых часов. Согласно расчётам, точность такой системы напрямую связана с её необратимостью — свойством, считающимся важным признаком надёжного отсчёта времени.
Большинство необходимых компонентов уже применяется в современных лабораториях. При этом создание миниатюрного квантового спускового механизма остаётся сложной, но технически выполнимой задачей.
По мнению физиков, подобные часы могут помочь в изучении фундаментальной природы времени и исследовании явлений на стыке квантовой физики и теории гравитации.
