Fisikawan telah mengirimkan informasi waktu dan frekuensi dalam jarak lebih dari 100 km di ruang bebas, jauh melampaui rekor sebelumnya. Teknik yang memungkinkan untuk menyinkronkan dan memantau jam optik di lingkungan di mana koneksi berbasis serat optik tidak praktis, dapat digunakan untuk menetapkan standar yang lebih tinggi untuk metrologi, navigasi, dan pemosisian. Ini juga memiliki aplikasi untuk studi fisika dasar seperti mencari materi gelap, mendefinisikan ulang konstanta dasar dan menguji relativitas.
Jam optik memiliki tiga komponen utama. Yang pertama adalah sampel atom atau ion yang bertransisi di antara tingkat energi pada frekuensi referensi yang terdefinisi dengan baik dan sangat stabil di wilayah optik spektrum elektromagnetik. Elemen kedua adalah sistem umpan balik yang "mengunci" keluaran laser (disebut osilator lokal) ke frekuensi referensi ini. Komponen ketiga memberikan pengukuran frekuensi laser yang sangat tepat, biasanya melalui perangkat yang dikenal sebagai sisir frekuensi optik (OFC).
Satu detik dalam 100 miliar tahun
Dalam karya baru, peneliti dipimpin oleh Jianwei Pan dari Universitas Sains dan Teknologi Cina mendemonstrasikan penyebaran frekuensi waktu antara sistem umpan balik dan OFC yang dipisahkan oleh jarak pemecahan rekor 113 km. Setelah 10 detik, ketidakstabilan frekuensi jam kurang dari 000×4-19, yang menyiratkan bahwa jam itu perbandingan kesalahan akan disimpan dalam satu detik setelah 100 miliar tahun. Para peneliti mencatat bahwa nilai ini melampaui tolok ukur yang diperlukan untuk mendefinisikan ulang satuan dasar detik, yang akan dibahas pada Konferensi Umum tentang Berat dan Ukuran 2026.
Upaya sebelumnya pada penyebaran waktu dan frekuensi ruang bebas dengan presisi tinggi seperti itu tidak melampaui puluhan kilometer, yang menurut para peneliti tidak cukup untuk transmisi presisi tinggi dalam tautan satelit ke darat. “Pekerjaan ini membuka jalan untuk penyebaran frekuensi waktu satelit-tanah,” kata Pan, “dan kami mengantisipasi bahwa tautan OFC ruang bebas jarak jauh, dikombinasikan dengan tautan frekuensi waktu berbasis serat dan berbasis satelit, akan menjadi penting. bagian dari jaringan jam optik masa depan.”
Para peneliti, yang melaporkan pekerjaan mereka di Alam, sekarang berencana untuk mengembangkan satelit percobaan sains kuantum Medium Earth Orbit-to-Geosynchronous Equatorial Orbit (MEO-to-GEO) yang dapat mewujudkan standar frekuensi optik berbasis satelit GEO dan transfer frekuensi waktu satelit-tanah. “Kami berharap sistem ini akan memiliki ketidakstabilan frekuensi waktu kurang dari 5×10-18 pada 10 detik,” kata Pan. “Hubungan perbandingan dua arah sedang dibuat dengan stasiun di China tempat kami bekerja untuk penelitian ini dan stasiun luar negeri untuk mewujudkan perbandingan jam optik antarbenua. Satelit ini rencananya akan diluncurkan pada tahun 000.”
