Los físicos han transferido información de tiempo y frecuencia a una distancia de más de 100 km en el espacio libre, superando con creces el récord anterior. La técnica, que hace posible sincronizar y monitorear relojes ópticos en entornos donde las conexiones basadas en fibra óptica no son prácticas, podría usarse para establecer estándares más altos para metrología, navegación y posicionamiento. También tiene aplicaciones para estudios de física básica, como la búsqueda de materia oscura, la redefinición de constantes fundamentales y la prueba de la relatividad.
Un reloj óptico tiene tres componentes principales. El primero es una muestra de átomos o iones que transitan entre niveles de energía a una frecuencia de referencia bien definida y altamente estable en la región óptica del espectro electromagnético. El segundo elemento es un sistema de retroalimentación que "bloquea" la salida de un láser (llamado oscilador local) a esta frecuencia de referencia. El tercer componente proporciona una medición muy precisa de la frecuencia del láser, generalmente a través de un dispositivo conocido como peine de frecuencia óptica (OFC).
Un segundo en 100 mil millones de años
En el nuevo trabajo, investigadores dirigidos por Jian Wei Pan de las Universidad de Ciencia y Tecnología de China demostró la difusión de frecuencia de tiempo entre un sistema de retroalimentación y un OFC separados por una distancia récord de 113 km. Después de 10 000 segundos, la inestabilidad de la frecuencia del reloj era inferior a 4×10-19, lo que implica que el reloj comparación los errores se mantendrían dentro de un segundo después de 100 mil millones de años. Los investigadores señalan que este valor supera el punto de referencia requerido para redefinir la unidad fundamental del segundo, que se discutirá en la Conferencia General de Pesos y Medidas de 2026.
Los intentos anteriores de difusión de tiempo y frecuencia en el espacio libre con una precisión tan alta no se extendieron más allá de decenas de kilómetros, lo que, según los investigadores, es insuficiente para la transmisión de alta precisión en enlaces de satélite a tierra. “Este trabajo abre el camino a la difusión de tiempo-frecuencia satelital-terrestre”, dice Pan, “y anticipamos que los enlaces OFC de espacio libre de larga distancia, combinados con enlaces de tiempo-frecuencia basados en fibra y satélites, serán importantes. partes de futuras redes de relojes ópticos”.
Los investigadores, que informan sobre su trabajo en Naturaleza, ahora planean desarrollar un satélite experimental de ciencia cuántica de órbita terrestre media a órbita geosincrónica ecuatorial (MEO-to-GEO) que pueda realizar tanto un estándar de frecuencia óptica basado en satélite GEO como una transferencia de frecuencia de tiempo de satélite a tierra. “Esperamos que este sistema tenga una inestabilidad de frecuencia de tiempo de menos de 5×10-18 a los 10 000 segundos”, dice Pan. “Se están estableciendo enlaces de comparación bidireccionales con la estación en China con la que trabajamos para este estudio y la estación en el extranjero para realizar una comparación intercontinental de relojes ópticos. Este satélite está planeado para lanzarse en 2026”.
