Nach der Quantentheorie könnte der Zeitablauf selbst in einem Zustand der Quantenüberlagerung existieren, also gleichzeitig mit einer schnelleren und einer langsameren Geschwindigkeit „fließen". Diese lange Zeit nur theoretisch existierende Vorstellung könnte nun mithilfe fortschrittlicher Atomuhren in Experimenten überprüft werden. Forscher des Stevens Institute of Technology in den USA veröffentlichten die entsprechenden Ergebnisse am 20. im Fachjournal „Physical Review Letters".

In der Relativitätstheorie besitzt jede Uhr ihre eigene „Eigenzeit", deren Verlauf von Geschwindigkeit und Position abhängt. Derartige Effekte wurden bereits mit extrem präzisen Atomuhren nachgewiesen. Es gibt jedoch eine noch kontraintuitivere Variante, das „Quanten-Zwillingsparadoxon“: Kann eine Uhr in einem Zustand der Quantenüberlagerung gleichzeitig zwei verschiedene Zeitabläufe erfahren und somit sowohl „jünger" als auch „älter“ sein?

Einer Theorie von Pikovsky und seinen Mitarbeitern vor über zehn Jahren zufolge ist ein solches Szenario im Rahmen der Quantenphysik möglich. Allerdings war dieser äußerst subtile Effekt bislang experimentell kaum zu beobachten.

Die neueste Forschung zeigt, dass mit der stetigen Verbesserung der Präzision von Atomuhren dieser lange Zeit nur theoretische Effekt allmählich in den Bereich der Nachweisbarkeit rückt. In den Experimenten isolierten die Forscher einzelne Ionen (z. B. Aluminium- oder Ytterbium-Ionen), kühlten sie auf nahe den absoluten Nullpunkt ab und nutzten dann Laserpulse, um ihren Quantenzustand präzise zu manipulieren. Die Ergebnisse zeigen, dass durch die Kombination von Atomuhrentechnologie mit Quanteninformationstechnologie für gefangene Ionen in der Quantenberechnung Quanteneigenschaften der Zeit beobachtet werden können, die zuvor nie nachgewiesen wurden.

Selbst unter Bedingungen des absoluten Nullpunkts beeinflussen Quantenfluktuationen die Ganggeschwindigkeit von Uhren. Darüber hinaus kann durch die Konstruktion sogenannter „gequetschter Zustände", bei denen das Quantenvakuum direkt manipuliert wird, eine spezielle Quantenkorrelation zwischen der Position und der Geschwindigkeit einer Uhr erzeugt werden. Dies führt zu Überlagerung und Verschränkung des Zeitablaufs. Mit anderen Worten: Eine Uhr kann nicht nur gleichzeitig „schneller“ und „langsamer gehen“, sondern auch mit ihrer Bewegung im „gequetschten Zustand“ in Quantenverschränkung treten.