Jam atom optik portabel memulai debut komersialnya – Dunia Fisika

Atom adalah pencatat waktu yang paling tepat di dunia – sedemikian rupa sehingga satu detik didefinisikan sebagai tepat 9 detak jam atom berbasis cesium. Versi jam atomik yang tersedia secara komersial ini mendukung GPS, navigasi, transfer data, dan pasar keuangan, dan jam tersebut beroperasi pada frekuensi gelombang mikro, atau miliaran tik-tok per detik. Setelah satu hari, ketepatan waktu mereka meleset kurang dari sepuluh nanodetik.

Meski begitu, jam atom generasi berikutnya bahkan lebih presisi. Konstruksi berbasis laboratorium ini berjalan pada frekuensi optik, yang berarti mereka berdetak puluhan triliun kali per detik. Yang terbaik dapat tetap presisi hingga 10 femtodetik (10^-15 s) setelah satu hari, atau dalam satu detik setelah 50 miliar tahun. Dan segera, untuk pertama kalinya, Anda akan dapat membeli salah satu milik Anda sendiri: Vector Atomic, sebuah perusahaan rintisan yang berbasis di California, AS, telah meluncurkan jam optik portabel pertama di pasaran.

“Saat ini satu-satunya jam yang bisa Anda beli hanyalah jam microwave,” katanya Jonatan Hoffman, seorang manajer program di Badan Proyek Penelitian Lanjutan Pertahanan AS (DARPA), yang mendanai pekerjaan tersebut. “Jika Anda beralih ke transisi optik, terdapat peningkatan besar dalam hal presisi, akurasi, dan kinerja, namun biasanya juga disertai dengan kompleksitas yang luar biasa pada saat yang bersamaan. Menemukan kompromi yang menyenangkan adalah perjuangan sesungguhnya.”

Menemukan atom yang tepat

Perbedaan utama antara jam optik dan pendahulunya gelombang mikro adalah laser. Untuk membuat jam yang paling presisi, para ilmuwan menggunakan atom yang menawarkan transisi atom paling sempit – biasanya strontium atau ytterbium – dan merancang sistem laser mereka berdasarkan kebutuhan khusus atom tersebut. Atom disimpan dalam ruang vakum, dan laser yang berbeda digunakan untuk mendinginkan dan menjebaknya, sementara laser lain memblokir transisi yang tidak diinginkan atau menginterogasi transisi yang diinginkan yang digunakan dalam jam. Semua laser ini, yang jumlahnya mencapai selusin, perlu distabilkan pada frekuensi yang tepat, dan pemeliharaannya memerlukan pengawasan terus-menerus.

Untuk membuat versi jam optik yang kurang presisi, namun lebih kuat dan portabel, CEO dan salah satu pendiri Vector Atomic Jamil Abo-Shaeer harus mengambil pendekatan yang berbeda. “Alih-alih merancang sistem di sekitar atom, kami merancang sistem di sekitar laser,” katanya.

Laser yang paling tangguh dan paling teruji oleh waktu, jelas Abo-Shaeer, adalah laser yang digunakan dalam telekomunikasi dan permesinan industri. Berkat penelitian dan pengembangan komersial selama bertahun-tahun (atau bahkan puluhan tahun), mereka menjadi sangat kompak dan stabil, dan dia serta timnya memilih spesies atom yang cocok untuk mereka: molekul yodium. Molekul ini memiliki transisi yang mudah di dekat laser inframerah frekuensi ganda yang biasa digunakan dalam pemesinan. Tim juga memilih pengaturan sel uap sederhana yang menghindari pendinginan atom hingga suhu yang sangat dingin atau mengurungnya dalam ruang hampa yang sangat tinggi.

Hasilnya adalah jam optik turnkey, yang oleh tim disebut Evergreen, dengan volume hanya 30 liter – kira-kira seukuran pemutar rekaman. Meskipun ketepatan waktu Evergreen masih jauh dari teknologi canggih berbasis laboratorium, namun ketepatan waktunya 100 kali lebih tepat dibandingkan jam gelombang mikro yang ada dengan ukuran yang sebanding. Hal ini juga menyamai kinerja jam berdasarkan hidrogen maser – perangkat seukuran lemari es yang sangat sensitif terhadap kebisingan lingkungan.

Uji coba laut

Pada musim panas 2022, prototipe Evergreen menghabiskan tiga minggu di atas kapal di laut untuk pengujian. Selama waktu ini, jam bekerja tanpa intervensi apapun. Sekembalinya, tim menguji kinerja jam tersebut dan menemukan bahwa jam tersebut tidak mengalami penurunan yang signifikan, meskipun terjadi turbulensi dan perubahan suhu di atas kapal. “Ketika hal itu terjadi, saya pikir semua orang harus berdiri dan berteriak dari atap rumah,” kata Hoffman. “Maksud saya, orang-orang telah mengerjakan jam optik ini selama beberapa dekade. Dan ini adalah pertama kalinya jam optik berjalan sendiri tanpa campur tangan manusia, di dunia nyata.”

Menurut Abo-Shaeer, ukuran dan stabilitas Evergreen membuka jalan bagi adopsi jam semacam itu secara luas dalam navigasi, terutama ketika sinyal GPS diblokir atau dipalsukan; di pusat data dan protokol telekomunikasi; dan untuk menyinkronkan sinyal dari detektor jarak jauh untuk tujuan ilmiah. Saat ini, GPS memiliki ketepatan hingga sekitar tiga meter, namun penentuan waktu yang lebih tepat pada satelit dapat menurunkan akurasi hingga beberapa sentimeter atau kurang, sehingga memungkinkan kendaraan otonom untuk tetap berada di jalurnya atau drone pengantar mendarat di balkon. Mampu membagi waktu menjadi bagian-bagian yang lebih kecil juga akan memungkinkan komunikasi bandwidth yang lebih tinggi, Abo-Shaeer menambahkan.

Jam kisi optik portabel mengukur ketinggian

Masih harus dilihat apakah jam khusus ini akan memberi daya pada GPS generasi berikutnya dan transfer data yang lebih cepat. Namun kemajuan teknologi tetap signifikan, katanya Elizabeth Donley, kepala divisi waktu dan frekuensi Institut Standar dan Teknologi Nasional (NIST) AS di Boulder, Colorado. “Ada potensi banyak jenis jam optik lain yang dapat dipasarkan pada dekade mendatang,” kata Donley, yang tidak terlibat dalam pekerjaan Vector Atomic. “Intinya adalah sel uap yodium, namun infrastrukturnya juga dapat digunakan untuk jenis jam lainnya.”

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/portable-optical-atomic-clock-makes-its-commercial-debut/