根据量子理论，时间的流逝本身可能处于量子叠加态，即同时以更快和更慢的速率“流动”。这一长期停留在理论层面的设想，如今有望借助先进原子钟技术在实验中得到验证。美国史蒂文斯理工学院研究人员20日将相关成果发表于《物理评论快报》杂志。
囚禁离子是一种多功能平台，被广泛用于量子计算和超高精度计时。最新研究表明，将这两种能力结合起来，可以揭示物理现实更深层的一面：时间流逝的量子叠加态。图片来源：物理学家组织网
在相对论中，每一台时钟都拥有各自的“固有时间”，其流逝取决于速度和所处位置。这类效应已通过超高精度原子钟得到验证。然而，还有一种更反直觉的版本，即“量子孪生子佯谬”：一台时钟能否在量子叠加态中同时经历两种不同的时间流逝，从而“更年轻”又“更年老”?
根据皮科夫斯基及其合作者十多年前提出的理论，这种情形在量子框架下是可能出现的。只是迄今为止，这一极其微妙的效应仍难以实验观测。
最新研究表明，随着原子钟精度的持续提升，这一长期停留在理论层面的效应正逐步进入可探测范围。在实验中，研究人员通过囚禁单个离子(如铝或镱离子)，并将其冷却至接近绝对零度，再利用激光脉冲精确操控其量子态。结果显示，通过将原子钟技术与用于囚禁离子量子计算的量子信息技术相结合，可观测到此前从未被探测到的时间的量子特性。
即便在绝对零度条件下，量子涨落仍会影响时钟的计时速率。此外，通过构造所谓“压缩态”，直接调控量子真空，可使时钟的位置与速度呈现特殊的量子关联，从而引发时间流逝的叠加与纠缠现象，也就是说，一台时钟不仅可同时“走快”和“走慢”，还会与其“压缩态”运动产生量子纠缠。
