Les physiciens ont transféré des informations temporelles et fréquentielles sur une distance de plus de 100 km dans l'espace libre, dépassant de loin le record précédent. La technique, qui permet de synchroniser et de surveiller des horloges optiques dans des environnements où les connexions à fibre optique sont peu pratiques, pourrait être utilisée pour établir des normes plus élevées en matière de métrologie, de navigation et de positionnement. Il a également des applications pour les études de physique fondamentale telles que la recherche de matière noire, la redéfinition des constantes fondamentales et les tests de relativité.
Une horloge optique comporte trois composants principaux. Le premier est un échantillon d’atomes ou d’ions qui effectuent une transition entre des niveaux d’énergie à une fréquence de référence bien définie et hautement stable dans la région optique du spectre électromagnétique. Le deuxième élément est un système de rétroaction qui « verrouille » la sortie d’un laser (appelé oscillateur local) sur cette fréquence de référence. Le troisième composant fournit une mesure très précise de la fréquence du laser, généralement via un dispositif appelé peigne de fréquence optique (OFC).
Une seconde en 100 milliards d'années
Dans le nouveau travail, des chercheurs dirigés par Poêle Jianwei des Université des sciences et de la technologie de Chine démontré une diffusion temps-fréquence entre un système de rétroaction et un OFC séparés par une distance record de 113 km. Après 10 000 secondes, l’instabilité de fréquence de l’horloge était inférieure à 4×10- 19, ce qui implique que l’horloge Comparaison les erreurs seraient conservées dans la seconde après 100 milliards d’années. Les chercheurs notent que cette valeur dépasse la référence requise pour redéfinir l’unité fondamentale de la seconde, qui doit être discutée lors de la Conférence générale des poids et mesures de 2026.
Les tentatives précédentes de diffusion du temps et de la fréquence dans l'espace libre avec une telle précision ne s'étendaient pas au-delà de plusieurs dizaines de kilomètres, ce qui, selon les chercheurs, est insuffisant pour une transmission de haute précision dans les liaisons satellite-sol. « Ce travail ouvre la voie à la diffusion temps-fréquence satellite-sol », déclare Pan, « et nous prévoyons que les liaisons OFC longue distance en espace libre, combinées aux liaisons temps-fréquence par fibre et par satellite, deviendront importantes. parties des futurs réseaux d’horloges optiques.
Les chercheurs, qui rapportent leurs travaux Nature, prévoient désormais de développer un satellite d'expérimentation scientifique quantique d'orbite terrestre moyenne à orbite équatoriale géosynchrone (MEO-to-GEO) capable de réaliser à la fois un étalon de fréquence optique basé sur un satellite GEO et un transfert temps-fréquence satellite-sol. «Nous espérons que ce système aura une instabilité temps-fréquence inférieure à 5×10- 18 à 10 000 secondes », explique Pan. « Des liens de comparaison bidirectionnels sont en cours d'établissement avec la station chinoise avec laquelle nous avons travaillé pour cette étude et la station étrangère pour réaliser une comparaison d'horloge optique intercontinentale. Ce satellite devrait être lancé en 2026. »
