Fyysikot ovat siirtäneet aika- ja taajuustietoja yli 100 km:n etäisyydelle vapaassa tilassa, mikä ylittää huomattavasti aiemman ennätyksen. Tekniikkaa, joka mahdollistaa optisten kellojen synkronoinnin ja monitoroinnin ympäristöissä, joissa valokuitupohjaiset yhteydet ovat epäkäytännöllisiä, voitaisiin käyttää korkeampien standardien asettamiseksi metrologialle, navigoinnille ja paikannukselle. Sillä on myös sovelluksia fysiikan perustutkimuksiin, kuten pimeän aineen etsimiseen, perusvakioiden uudelleenmäärittelyyn ja suhteellisuusteorian testaamiseen.
Optisessa kellossa on kolme pääkomponenttia. Ensimmäinen on näyte atomeista tai ioneista, jotka siirtyvät energiatasojen välillä hyvin määritellyllä ja erittäin vakaalla vertailutaajuudella sähkömagneettisen spektrin optisella alueella. Toinen elementti on takaisinkytkentäjärjestelmä, joka "lukitsee" laserin lähdön (kutsutaan paikallisoskillaattoriksi) tälle referenssitaajuudelle. Kolmas komponentti tarjoaa erittäin tarkan laserin taajuuden mittauksen, yleensä optisen taajuuskampana (OFC) tunnetun laitteen kautta.
Yksi sekunti 100 miljardissa vuodessa
Uudessa työssä tutkijat johtivat Jianwei Pan että Kiinan tiede- ja teknologiayliopisto osoitti aika-taajuuden leviämistä palautejärjestelmän ja OFC:n välillä, joita erottaa ennätysetäisyys 113 km. 10 000 sekunnin jälkeen kellon taajuuden epävakaus oli alle 4×10-19, mikä tarkoittaa, että kello on vertailu virheet säilyisivät sekunnissa 100 miljardin vuoden jälkeen. Tutkijat huomauttavat, että tämä arvo ylittää vertailuarvon, joka tarvitaan toisen perusyksikön uudelleenmäärittelyyn, josta on tarkoitus keskustella vuoden 2026 paino- ja mittakonferenssissa.
Aiemmat yritykset levittää aikaa ja taajuutta vapaassa tilassa näin suurella tarkkuudella eivät yltäneet kymmeniä kilometrejä pidemmälle, mikä tutkijoiden mukaan ei riitä erittäin tarkkaan lähetykseen satelliitti-maa-linkeissä. "Tämä työ avaa tien satelliitti-maa-aika-taajuus leviämiseen", Pan sanoo, "ja odotamme, että pitkän matkan vapaan tilan OFC-linkit yhdistettynä kuitupohjaisiin ja satelliittipohjaisiin aika-taajuuslinkkeihin tulevat tärkeitä. tulevaisuuden optisten kelloverkkojen osia."
Tutkijat, jotka raportoivat työstään luonto, aikoo nyt kehittää Medium Earth Orbit-Geosynchronous Equatorial Orbit (MEO-to-GEO) -kvanttitieteellisen koesatelliitin, joka pystyy toteuttamaan sekä GEO-satelliittipohjaisen optisen taajuusstandardin että satelliitin ja maan välisen aika-taajuuden siirron. "Toivomme, että tämän järjestelmän aika-taajuuden epävakaus on alle 5 × 10-18 10 000 sekunnin kohdalla”, Pan sanoo. "Kaksisuuntaisia vertailuyhteyksiä luodaan Kiinan aseman kanssa, jonka kanssa työskentelimme tässä tutkimuksessa, ja merentakaiseen asemaan mannertenvälisen optisen kellon vertailun toteuttamiseksi. Tämän satelliitin on tarkoitus laukaista vuonna 2026.
