发布日期：2019年11月5日
美国国家标准与技术研究院（NIST）和科罗拉大学联合实验室JILA的研究人员展示了一种新型原子钟设计，使用激光“镊子”捕获、控制和隔离原子，并提供了利用量子物理学来提升时钟性能的可能性。该成果发表在2019年9月出版的《科学》杂志中。
镊子钟在96%的运行时间内能够实现性能自我验证，因为它几乎不需要停机来准备新原子，并且原子之间隔离的很好，因此它们相互干扰的可能性很小。
在新一代原子钟中，原子“滴答”于两个能级之间时的激光颜色或频率更稳定。镊子钟捕获和控制原子以维持滴答的稳定性，并在不丢失原子的情况下检测到这种行为，因此可多次重复使用相同的原子，而无需重新持续加载新原子。
NIST和JILA的研究人员多年来一直致力于建造新一代原子钟。这些钟以光频率工作，光频率远高于基于微波频率的当前时间标准。这项研究有助于为将来秒的国际重新定义做准备。光钟还能应用于基于重力测量地球形状（大地测量），寻找被认为构成宇宙大部分物质的暗物质，以及扩展量子信息科学。
像普通金属镊子一样，激光镊子可以实现精准控制，使研究人员能改变原子之间的间距并调整其量子特性。基于远距离也能关联原子特性的量子现象，用光镊子“纠缠”两个原子。镊子用于激发原子，使其电子与原子核的结合弱化。这种“蓬松”状态使处于相反内部磁性态（向上和向下自旋）的原子更易捕获，然后，利用自旋交换过程使原子纠缠。量子纠缠能提高测量灵敏度，从而提高钟的精度。
研究小组现在计划建造一个更大的钟并正式评估其性能。具体来说，研究人员计划使用更多的镊子和原子（大约150个原子）。同时增加纠缠，以提高钟的灵敏度和性能，也许在单独应用中可以提供一个量子计算和模拟的新平台。
这项研究得到美国陆军研究办公室，空军科学研究所，国防先进研究项目机构，JILA国家科学基金会物理前沿中心和NIST的支持。
原文版权归美国国家标准与技术研究院（NIST）和JILA实验室所有，源自：NIST网站