Kvantlogikuret - kanske mest känt för att visa att du åldras snabbare om du står på en pall - har klättrat tillbaka till de ledande prestandaklasserna i världens experimentella atomklockor.

Fysiker vid National Institute of Standards and Technology (NIST) har tyst uppgraderat sin kvantlogikdesign under de senaste åtta åren, främst för att minska fel från oönskad rörelse av den enda aluminiumjonen (elektriskt laddad atom) som ger klockan "fästingar".

Som beskrivs i Fysiska granskningsbrev , kvantlogikklockans systematiska osäkerhet (hur nära klockan representerar jonens naturliga vibrationer, eller frekvens) är 9,5×10?19, den bästa av alla klockor över hela världen. Detta betyder att den logiska klockan nu varken skulle vinna eller förlora en sekund på 33 miljarder år, vilket är ungefär två och en halv gånger universums beräknade ålder.

I detta mått, den överträffar nu båda NIST-klockorna med hjälp av neutrala atomer fångade i gitter av laserstrålar, ytterbiumgitterklockan och strontiumgitterklockan.

"Den logiska klockans prestanda är inte förvånande för mig, "sa projektledaren David Leibrandt." Jonklockor är naturligtvis bättre isolerade från miljön - vilket är källan till felaktigheter för atomur - än gitterklockor. Det är viktigt att skilja mellan precision och stabilitet på denna punkt. Folk förväntar sig att gitterklockor ska prestera bäst i stabilitet, och det gör de för närvarande. Vår nyaste kvantlogikklocka är världsledande inom precision men inte stabilitet. "

Den logiska klockans stabilitet (hur lång tid det tar att mäta tiden) är 1,2×10 ^-15 för en 1-sekunds mätning, vilket är nära det bästa som uppnås med en enda jonklocka men cirka 10 gånger sämre än båda NIST -gitterklockorna.

Kvantlogikklockan fick sitt smeknamn eftersom den lånar logiska beslutstekniker från experimentell kvantberäkning. Aluminium är en exceptionellt stabil källa till klockfästingar, vibrerar mellan två energinivåer över en miljon miljarder gånger per sekund, men dess egenskaper är inte lätt att manipulera eller upptäcka med lasrar. Så, logiska operationer med en partner magnesiumjon används för att kyla aluminiumet och för att signalera dess fästingar.

Tillbaka 2010, NISTs kvantlogikklocka hade den bästa prestandan av någon experimentell atomklocka. Klockan väckte också uppmärksamhet för 2010 demonstrationer av aspekter av "tidsutvidgning" av Einsteins relativitetsteorier:att tiden går snabbare vid högre höjder men långsammare när du rör dig snabbare.

Sedan dess, NIST:s gitterklockor har ständigt hoppat på varandra i prestanda, ger intrycket av ett lopp för att identifiera en enda vinnare. Faktiskt, alla klockor är användbara för forskningsändamål och är möjliga utmanare för framtida tidsstandarder eller andra tillämpningar.

Den internationella definitionen av den andra (i International Units System, eller SI) har varit baserad på cesiumatomen sedan 1967, så cesium förblir "härskaren" för officiell tidtagning. Den logiska klockan är en utmanare för en framtida tidsstandard som ska väljas av det internationella forskarsamfundet. NIST-forskare arbetar med flera olika typer av experimentella klockor, var och en baserad på olika atomer och erbjuder sina egna fördelar. Alla dessa experimentella klockor är baserade på optiska frekvenser, som är högre än mikrovågsfrekvenserna som används i dagens tidtagningsstandarder baserade på cesium.

Flera tekniska framsteg möjliggjorde förbättrad prestanda för logikklockan, inklusive en ny jonfälladesign som minskade värmeinducerad jonrörelse, möjliggör drift nära det önskvärda marktillståndet, eller lägsta rörelseenerginivå. Dessutom, en lägre frekvens användes för att driva jonfällan, minskar oönskad jonrörelse orsakad av det elektriska fältet som används för att fånga jonerna. Till sist, förbättrad kvantkontroll har minskat osäkerheten i mätningar av frekvensförskjutningar på grund av jonrörelse.

Klockans precision bestämdes genom att mäta och lägga ihop frekvensskiften orsakade av nio olika effekter. Stabiliteten mättes genom jämförelse med NISTs ytterbiumgitterklocka.

Ytterligare förbättringar av fälldesign och andra funktioner planeras för att ytterligare förbättra prestandan. Redan, NIST:s tre experimentklockor kan jämföras för att förbättra mätningarna av möjliga förändringar i några av naturens grundläggande "konstanter", en undersökningsrad som har viktiga konsekvenser för kosmologi och tester av fysikens lagar som Einsteins teorier om speciell och allmän relativitet.