فیزیکدانان اطلاعات زمان و فرکانس را در مسافتی بیش از 100 کیلومتر در فضای آزاد منتقل کرده اند که بسیار فراتر از رکورد قبلی است. این تکنیک که امکان همگام‌سازی و نظارت بر ساعت‌های نوری را در محیط‌هایی که اتصالات مبتنی بر فیبر نوری غیرعملی هستند، ممکن می‌سازد، می‌تواند برای تعیین استانداردهای بالاتر برای اندازه‌شناسی، ناوبری و موقعیت‌یابی استفاده شود. همچنین کاربردهایی برای مطالعات پایه فیزیک مانند جستجوی ماده تاریک، بازتعریف ثابت های بنیادی و آزمایش نسبیت دارد.
ساعت نوری سه جزء اصلی دارد. اولی نمونه ای از اتم ها یا یون هایی است که بین سطوح انرژی در یک فرکانس مرجع کاملاً تعریف شده و بسیار پایدار در ناحیه نوری طیف الکترومغناطیسی انتقال می یابند. عنصر دوم یک سیستم بازخوردی است که خروجی لیزر (به نام نوسانگر محلی) را روی این فرکانس مرجع "قفل" می کند. جزء سوم یک اندازه گیری بسیار دقیق از فرکانس لیزر را، معمولاً از طریق دستگاهی به نام شانه فرکانس نوری (OFC) ارائه می دهد.
یک ثانیه در 100 میلیارد سال
در کار جدید، محققان به رهبری جیانوی پان از دانشگاه علم و فناوری چین انتشار فرکانس زمانی بین یک سیستم بازخورد و یک OFC که با فاصله رکوردشکنی 113 کیلومتر از هم جدا شده است را نشان داد. پس از 10 ثانیه، ناپایداری فرکانس ساعت کمتر از 000×4 بود.-19، که به این معنی است که ساعت است مقایسه خطاها در عرض یک ثانیه پس از 100 میلیارد سال حفظ می شوند. محققان خاطرنشان می کنند که این مقدار از معیار مورد نیاز برای بازتعریف واحد بنیادی دوم فراتر می رود که قرار است در کنفرانس عمومی وزن ها و اندازه گیری ها در سال 2026 مورد بحث قرار گیرد.
تلاش‌های قبلی برای انتشار زمان و فرکانس در فضای آزاد با چنین دقت بالایی فراتر از ده‌ها کیلومتر نبود، که محققان خاطرنشان کردند که برای انتقال با دقت بالا در پیوندهای ماهواره‌ای به زمین کافی نیست. پان می‌گوید: «این کار راه را برای انتشار فرکانس زمانی-زمینی ماهواره‌ای باز می‌کند، و ما پیش‌بینی می‌کنیم که پیوندهای OFC فضای آزاد دوربرد، همراه با پیوندهای فرکانس زمانی مبتنی بر فیبر و ماهواره، اهمیت پیدا کنند. بخش هایی از شبکه های ساعت نوری آینده."
محققانی که کار خود را در طبیعت، اکنون قصد توسعه یک ماهواره آزمایشی علمی کوانتومی مدار زمین متوسط به مدار استوایی ژئوسنکرون (MEO-to-GEO) را دارند که می تواند هم استاندارد فرکانس نوری مبتنی بر ماهواره GEO و هم انتقال فرکانس زمان-زمین ماهواره را محقق کند. ما امیدواریم که این سیستم ناپایداری فرکانس زمانی کمتر از 5×10 داشته باشد-18 در 10 ثانیه،" پان می گوید. پیوندهای مقایسه دو طرفه با ایستگاهی در چین که برای این مطالعه با آن کار کردیم و ایستگاه خارج از کشور برای تحقق یک مقایسه ساعت نوری بین قاره‌ای در حال ایجاد است. این ماهواره قرار است در سال 000 پرتاب شود.
