在这项工作中，研究人员首先利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，对环境极为敏感，而量子叠加意味着原子同时以多种量子状态存在，其整体随时间演化会形成复杂的波包结构。传统做法是从激发瞬间开始精确计时，而这项研究的切入点则是，在一定时间后施加第二束光脉冲，测量氦原子被电离、即失去电子并变成带电离子的概率，再将这些测量结果与理论模型比对，从而反推出自里德伯态形成以来已经过去的时间。
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始量距离，只要看当前读数，就能知道与起点的距离差异是 5 厘米还是 4000 米。在该方法中，氦原子的里德伯态叠加随时间演化，会在可观测量上留下独特的变化图样——也就是所谓的时间“指纹”，这相当于量子波包演化在观测空间中的投影。通过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间窗口内观测，就能直接读出从波包生成到观测时刻之间的具体“时间距离”。
论文指出，这种量子指纹本身还具有“自校验”功能：波包随时间演化的细节结构，为所对应的时间刻度提供了内部一致性检验，从而提升测量结果的可靠性。具体实验上，团队结合了理论模拟与时间分辨光电子能谱技术，即使用两束精确控制时间间隔的光脉冲，一束用于激发氦原子形成里德伯态波包，另一束用于打掉电子并记录光电子信号随时间的演化。实验结果与理论预测高度吻合，表明通过这种方法不仅能够获取时间信息，还可以反推氦原子里德伯态中的“量子缺陷”等细微能量差异，从而帮助加深对原子结构的理解。
研究人员再次以卷尺作比：在记录短距离时，只需要读出卷尺的一小段刻度，而测量长距离则需要更长的刻度范围。对应到时间测量上，如果事件距离“未知起点”很近，仅需观测较短时间区间的指纹就足以还原时间；而对于离起点更久远的演化，则必须记录更长时间跨度内的指纹，以确保匹配到正确的时间刻度。因此，这种方法并非一成不变的单一测量流程，而是根据待测时间长短动态调整所需数据量，为不同时间尺度的实验提供灵活的量子计时方案。
值得注意的是，这项研究的大部分实验工作是在新冠疫情期间，在乌普萨拉大学部分设施暂时关闭的背景下，于 Ångström 实验室的 HELIOS 装置中完成的。在相对封闭的环境中，团队得以集中利用实验时间，对该时间指纹方法进行反复验证和优化。在初步证明方法可行之后，研究人员进一步提出，将来有望将这一方法扩展到分子体系，例如用来研究分子解离过程及其对里德伯态的影响，以评估该技术在更复杂物理系统中的普适性。
尽管这种新方法在概念上能够提供绝对时间刻度，其设计初衷并不是替代日常生活中使用的传统时钟。研究团队明确表示，它更适合作为泵浦—探测光谱实验中的专用工具，用于那些需要以极短时间分辨率观察快过程演化的场景。在此类实验中，第一束脉冲触发过程，第二束脉冲负责拍摄“时间快照”，但起始瞬间往往难以精确界定甚至不可直接观测，而这套量子指纹方法则有望在不先确定“时间零点”的前提下，为这些快过程提供绝对时间标尺。
从更广阔的视角看，这项研究为在“无起点信息”的条件下测量时间提供了一种新思路，即完全依赖量子态本身的演化来编码和解码时间信息，而不是使用传统的计数机构。研究人员指出，该方法并不适用于所有类型的时间测量，但在现有技术难以准确锁定起始时刻的实验领域，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补充工具。相关成果目前已在学术期刊上发表，并得到乌普萨拉大学与美国物理学会等机构的关注，被视为量子时间测量研究路径上的一次重要探索。