A fizikusok több mint 100 km-es távolságon, szabad térben továbbították az idő- és frekvenciainformációkat, ami messze meghaladja a korábbi rekordot. A technika, amely lehetővé teszi az optikai órák szinkronizálását és monitorozását olyan környezetben, ahol az optikai szál alapú kapcsolatok nem praktikusak, magasabb szabványok felállítására használható a metrológia, a navigáció és a helymeghatározás terén. Alkalmazásai is vannak alapvető fizikai tanulmányokhoz, például a sötét anyag kereséséhez, az alapvető állandók újradefiniálásához és a relativitáselmélet teszteléséhez.
Az optikai óra három fő összetevőből áll. Az első olyan atomok vagy ionok mintája, amelyek az elektromágneses spektrum optikai tartományában jól meghatározott és nagyon stabil referenciafrekvenciával váltanak át az energiaszintek között. A második elem egy visszacsatoló rendszer, amely a lézer (úgynevezett helyi oszcillátor) kimenetét erre a referenciafrekvenciára „zárja”. A harmadik komponens a lézer frekvenciájának nagyon pontos mérését biztosítja, általában egy optikai frekvenciafésű (OFC) néven ismert eszközön keresztül.
Egy másodperc 100 milliárd év alatt
Az új munkában a kutatók vezetésével Jianwei Pan az Kínai Tudományos és Technológiai Egyetem idő-frekvencia eloszlást mutatott be egy visszacsatoló rendszer és egy OFC között, amelyet 113 km-es rekordtávolság választ el. 10 000 másodperc elteltével az óra frekvenciájának instabilitása kisebb volt, mint 4×10-19, ami azt jelenti, hogy az óra összehasonlítás a hibákat 100 milliárd év után egy másodpercen belül megtartják. A kutatók megjegyzik, hogy ez az érték meghaladja a második alapegységének újradefiniálásához szükséges referenciaértéket, amelyet a 2026-os Általános Súly- és Mértékkonferencián kell megvitatni.
Az idő és a frekvencia szabad térben történő ilyen nagy pontosságú terjesztésére irányuló korábbi kísérletek nem terjedtek túl több tucat kilométeren, ami a kutatók szerint nem elegendő a nagy pontosságú átvitelhez a műhold-föld kapcsolatokban. "Ez a munka megnyitja az utat a műhold-föld idő-frekvencia terjesztéséhez" - mondja Pan -, és arra számítunk, hogy a hosszú távú szabad térbeli OFC-kapcsolatok az üvegszálas és műhold alapú idő-frekvencia kapcsolatokkal kombinálva fontossá válnak. a jövő optikai órahálózatainak részei.”
A kutatók, akik beszámolnak munkájukról Természet, most egy olyan kvantumtudományi kísérleti műhold kifejlesztését tervezi Medium Earth Orbit-Geosynchronous Equatorial Orbit (MEO-to-GEO), amely képes megvalósítani a GEO műhold alapú optikai frekvencia szabványt és a műhold-föld idő-frekvencia átvitelt. „Reméljük, hogy ennek a rendszernek az idő-frekvencia instabilitása 5×10-nél kisebb lesz-18 10 000 másodpercnél” – mondja Pan. „Kétirányú összehasonlító kapcsolatokat hozunk létre azzal a kínai állomással, amellyel ebben a tanulmányban dolgoztunk, és a tengerentúli állomással, hogy megvalósítsuk az interkontinentális optikai óra-összehasonlítást. Ezt a műholdat a tervek szerint 2026-ban indítják fel.”
