Füüsikud on aja- ja sagedusteavet üle kandnud enam kui 100 km kaugusel vabas ruumis, ületades kõvasti senist rekordit. Tehnikat, mis võimaldab sünkroonida ja jälgida optilisi kellasid keskkondades, kus kiudoptilised ühendused on ebapraktilised, saab kasutada metroloogia, navigatsiooni ja positsioneerimise kõrgemate standardite seadmiseks. Sellel on ka rakendused põhiliste füüsikauuringute jaoks, nagu tumeaine otsimine, põhikonstantide uuesti määratlemine ja relatiivsusteooria testimine.
Optilisel kellal on kolm põhikomponenti. Esimene on aatomite või ioonide proov, mis liiguvad energiatasemete vahel täpselt määratletud ja väga stabiilse võrdlussagedusega elektromagnetilise spektri optilises piirkonnas. Teine element on tagasisidesüsteem, mis "lukustab" laseri väljundi (nimetatakse kohalikuks ostsillaatoriks) sellele võrdlussagedusele. Kolmas komponent annab laseri sageduse väga täpse mõõtmise, tavaliselt optilise sageduskammina (OFC) tuntud seadme kaudu.
Üks sekund 100 miljardi aasta jooksul
Uues töös juhivad teadlased Jianwei Pan Euroopa Hiina teaduse ja tehnoloogia ülikool demonstreeris aja ja sageduse levikut tagasisidesüsteemi ja OFC vahel, mida eraldab rekordiline 113 km vahemaa. 10 000 sekundi pärast oli kella sageduse ebastabiilsus alla 4 × 10-19, mis tähendab, et kell on võrdlus vead säiliksid ühe sekundi jooksul 100 miljardi aasta pärast. Teadlased märgivad, et see väärtus ületab võrdlusaluse, mis on vajalik teise põhiühiku uuesti määratlemiseks, mida arutatakse 2026. aasta kaalude ja mõõtude peakonverentsil.
Varasemad katsed aja ja sageduse vaba ruumi levitamiseks nii suure täpsusega ei ulatunud kaugemale kümnetest kilomeetritest, mis on teadlaste sõnul ebapiisav ülitäpse edastamise jaoks satelliidi ja maa vahel. "See töö avab tee satelliidi-maa-aeg-sageduse levitamiseks," ütleb Pan, "ja me eeldame, et pikamaa vaba ruumi OFC-lingid koos kiupõhiste ja satelliidipõhiste aeg-sageduslinkidega muutuvad oluliseks. tulevaste optiliste kellade võrkude osad.
Teadlased, kes teatavad oma tööst aastal loodus, plaanib nüüd välja töötada keskmise maa orbiidilt geosünkroonsele ekvatoriaalsele orbiidile (MEO-to-GEO) kvantteadusliku eksperimendi satelliit, mis suudab realiseerida nii GEO satelliidipõhise optilise sageduse standardi kui ka satelliidi-maa-aja-sageduse ülekande. "Loodame, et selle süsteemi aja ja sageduse ebastabiilsus on väiksem kui 5 × 10-18 10 000 sekundiga,” ütleb Pan. "Kahesuunalised võrdluslingid luuakse Hiina jaamaga, millega selle uuringu jaoks töötasime, ja ülemerejaamaga, et teostada kontinentidevahelise optilise kella võrdlust. See satelliit on kavandatud orbiidile 2026. aastal.
