研究团队负责人 Johan Söderström 形象地将这一过程类比为“读卷尺”：不必亲眼看见别人从零刻度开端量距离，只要看当前读数，就能知道与起点的距离差别是 5 厘米照样 4000 米。在该办法中，氦原子的里德伯态叠加随时光演变，会在可不雅测量上留下独特的变更图样——也就是所谓的时光“指纹”，这相当于量子波包演变在不雅测空间中的投影。经由过程分析这一指纹并与理论计算进行匹配，研究人员只需在一个有限时光窗口内不雅测，就能直接读出从波包生成到不雅测时刻之间的具体“时光距离”。
论文指出，这种量子指纹本身还具有“自校验”功能：波包随时光演变的细节构造，为所对应的时光刻度供给了内部一致性考验，从而晋升测量成果的靠得住性。具体实验上，团队结合了理论模仿与时光分辨光电子能谱技巧，即应用两束精确控制时光距离的光脉冲，一束用于激发氦原子形成里德伯态波包，另一束用于打掉落电子并记录光电子旌旗灯号随时光的演变。实验成果与理论猜测高度吻合，注解经由过程这种办法不仅可以或许获取时光信息，还可以反推氦原子里德伯态中的“量子缺点”等细微能量差别，从而赞助加深对原子构造的懂得。
研究人员再次以卷尺作比：在记录短距离时，只须要读出卷尺的一小段刻度，而测量长距离则须要更长的刻度范围。对应到时光测量上，假如事宜距离“未知起点”很近，仅需不雅测较短时光区间的指纹就足以还原时光；而对于离起点更长远的演变，则必须记录更长时光跨度内的指纹，以确保匹配到精确的时光刻度。是以，这种办法并非一成不变的单一测量流程，而是根据待测时光长短动态调剂所需数据量，为不应时光标准的实验供给灵活的量子计时筹划。
在这项工作中，研究人员起首应用短脉冲光将氦原子激发到一组所谓的里德伯态，并让原子处于多种里德伯态叠加的量子“叠加态”。里德伯态是电子远离原子核、能量极高的一类原子激发态，对情况极为敏感，而量子叠加意味着原子同时以多种量子状况存在，其整体随时光演变会形成复杂的波包构造。传统做法是从激发刹时开端精确计时，而这项研究的切入点则是，在一准时光后施加第二束光脉冲，测量氦原子被电离、即掉去电子并变成带电离子的概率，再将这些测量成果与理论模型比对，从而反推出自里德伯态形成以来已经以前的时光。
值得留意的是，这项研究的大年夜部分实验工作是在新冠疫情时代，在乌普萨拉大年夜学部分举措措施临时封闭的背景下，于 Ångström 实验室的 HELIOS 装配中完成的。在相对封闭的情况中，团队得以集中应用实验时光，对该时光指纹办法进行反复验证和优化。在初步证实办法可行之后，研究人员进一步提出，将来有望将这一办法扩大到分子体系，例如用来研究分子解离过程及其对里德伯态的影响，以评估该技巧在更复杂物理体系中的普适性。
尽管这种新办法在概念上可以或许供给绝对时光刻度，其设计初志并不是替代日常生活中应用的传统时钟。研究团队明白表示，它更合适作为泵浦—探测光谱实验中的专用对象，用于那些须要以极短时光分辨率不雅察快过程演变的场景。在此类实验中，第一束脉冲触发过程，第二束脉冲负责拍摄“时光快照”，但肇端刹时往往难以精确界定甚至弗成直接不雅测，而这套量子指纹方轨则有望在不先肯定“时光零点”的前提下，为这些快过程供给绝对时光标尺。
从更广阔的视角看，这项研究为在“无起点信息”的前提下测量时光供给了一种新思路，即完全依附量子态本身的演变来编码和解码时光信息，而不是应用传统的计数机构。研究人员指出，该办法并不实用于所有类型的时光测量，但在现有技巧难以精确锁定肇端时刻的实验范畴，或在研究原子与分子内部超快过程时，它可能成为一种精度极高且具有独特优势的弥补对象。相干成果今朝已在学术期刊上揭橥，并获得乌普萨拉大年夜学与美国物理学会等机构的存眷，被视为量子时光测量研究路径上的一次重要摸索。
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