Kvanttikellojen

Kvanttikellot ovat erittäin tarkkoja aikalaskureita, jotka hyödyntävät kvanttimekaniikan periaatteita ajankulun mittaamiseen. Toisin kuin perinteiset kellot, jotka perustuvat mekaanisiin värähtelyihin tai sähköisiin oskillaattoreihin, kvanttikellot käyttävät atomien tai muiden kvanttisysteemien kvanttitiloja. Nämä kvanttitilat ovat erittäin stabiileja ja niiden väliset siirtymät tapahtuvat tietyillä, erittäin tarkasti määritellyillä taajuuksilla.

Yleisin kvanttikellotyyppi perustuu atomien optisiin siirtymiin. Atomin elektronit voivat olla eri energiatasoilla. Kun atomi siirtyy energiatasolta toiselle, se emittoi tai absorboi fotonin, jonka energia vastaa energiatasojen eroa. Tämän siirtymän taajuus on erittäin vakio, ja sitä voidaan käyttää kellon tikityksenä. Cesium-atomikello, joka perustuu cesium-133-atomin hyperhienorakenteen siirtymään, on ollut standardi ajanmittauksessa jo pitkään. Uudemmat optiset atomikellot, jotka hyödyntävät optisia siirtymiä, ovat vieläkin tarkempia.

Kvanttikellojen tarkkuus on parantunut huomattavasti vuosien varrella. Nykyiset kvanttikellot voivat olla epätarkempia vain sekunnin murto-osan biljoonasosien tai jopa kvadriljoonasosien luokkaa pitkillä ajanjaksoilla. Tällainen tarkkuus mahdollistaa monia uusia sovelluksia, kuten parannettua satelliittinavigointia (esim. GPS), syvempää ymmärrystä fysiikan peruslaeista, tarkempaa geodeettista mittausta ja kehittyneempiä tieteellisiä kokeita. Kvanttikellojen kehitys jatkuu edelleen, tavoitteena entistä suurempi tarkkuus ja pienempi koko.