ポータブル光原子時計が商用デビュー – Physics World

原子は世界で最も正確な計時装置であり、セシウムベースの原子時計の正確な 9 192 631 770 ティックとして秒が定義されるほどです。 これらの原子的に正確な時計の市販バージョンは、GPS、ナビゲーション、データ転送、金融市場を支えており、マイクロ波周波数、つまり XNUMX 秒あたり数十億のティックトックで動作します。 XNUMX 日経過すると、時間の誤差は XNUMX ナノ秒未満になります。

ただし、これは優れていますが、次世代の原子時計はさらに正確です。 これらの研究室ベースの構造は光周波数で動作します。つまり、10 秒間に数十兆回動作します。 それらの中で最も優れたものは、10 フェムト秒 (XNUMX^-15 s) 50 日後、または XNUMX 億年後の XNUMX 秒以内。 そして間もなく、初めて自分だけのものを購入できるようになります。米国カリフォルニアに拠点を置く新興企業である Vector Atomic は、 市場初のポータブル光時計.

「現在、購入できる時計は電子レンジ時計だけです」と彼は言います。 ジョナサン・ホフマン、この研究に資金を提供した米国国防高等研究計画局（DARPA）のプログラムマネージャー。 「光学的移行に移行すると、精度、精度、パフォーマンスが大幅に向上しますが、通常、同時に信じられないほどの複雑さも伴います。 幸せな妥協点を見つけることが本当の戦いだ。」

適切な原子を見つける

光時計とその前身であるマイクロ波時計の主な違いはレーザーです。 可能な限り最も正確な時計を構築するために、科学者は最も狭い原子遷移を提供する原子 (通常はストロンチウムまたはイッテルビウム) を使用し、それらの原子の特定の要件に基づいてレーザー システムを設計します。 原子は真空チャンバー内に保管され、原子を冷却してトラップするためにさまざまなレーザーが使用されますが、他のレーザーは望ましくない遷移をブロックしたり、時計で使用される目的の遷移を調べたりします。 これらのレーザーはすべて、合計で最大 XNUMX 個あり、正確な周波数に安定させる必要があり、それらを維持するには継続的な監視が必要です。

Vector Atomic CEO 兼共同創設者は、精度は劣りますが、より堅牢でポータブルなバージョンの光時計を構築するために、 ジャミル・アボ・シャイア 別のアプローチを取る必要がありました。 「原子を中心にシステムを設計するのではなく、レーザーを中心にシステムを設計しました」と彼は言います。

アボ・シェーア氏によると、現存するレーザーの中で最も丈夫で、最も長年の実績を誇るレーザーは、通信や工業用機械加工に使用されるレーザーだという。 数年（または数十年）にわたる商業研究開発のおかげで、それらは非常にコンパクトで安定しており、彼と彼のチームはそれらに適した原子種、つまりヨウ素分子を選択しました。 この分子は、機械加工で一般的に使用される周波数を XNUMX 倍にした赤外線レーザーの近くで便利な遷移を行います。 研究チームはまた、原子を極寒に冷却したり超高真空に閉じ込めたりすることを避けるため、シンプルな蒸気セルのセットアップを選択した。

その結果、チームが Evergreen と呼ぶターンキー光時計が完成しました。その容積はわずか 30 リットルで、レコード プレーヤーとほぼ同じ大きさです。 Evergreen のタイミングの精度は研究室ベースの最先端技術には程遠いものの、同等のサイズの既存のマイクロ波時計よりも 100 倍正確です。 また、環境ノイズに非常に敏感なウォークイン冷蔵庫サイズのデバイスである水素メーザーをベースにした時計の性能にも匹敵します。

海上試験

2022 年の夏、エバーグリーンのプロトタイプはテストのために海上の船上で XNUMX 週間過ごしました。 この間、時計は何も介入しなくても動きました。 帰還後、チームは時計の性能をテストしたところ、船内の乱気流や気温の変動にもかかわらず、時計の性能が大幅に低下していないことが判明した。 「それが起こったとき、私は皆が立ち上がって屋上から叫ぶべきだと思いました」とホフマンは言う。 「つまり、人々は何十年もの間、これらの光時計の開発に取り組んできました。 そしてこれは、現実世界で人間の干渉なしに光時計が単独で動作した初めてのことでした。」

Abo-Shaeer 氏によると、Evergreen のサイズと安定性は、特に GPS 信号がブロックされたりなりすましされている場合に、ナビゲーションにそのような時計が広く採用される道を開くものです。 データセンターと電気通信プロトコル。 科学的な目的で遠隔検出器からの信号を同期するためにも使用されます。 現在、GPS の精度は約 XNUMX メートルですが、衛星のタイミングがより正確になれば、その精度は数センチメートル以下にまで下がり、自動運転車が車線内を走行したり、配達用ドローンがバルコニーに着陸したりできるようになる可能性があります。 アボ・シャイア氏は、時間をさらに細かく分割できるため、より高い帯域幅の通信も可能になるはずだと付け加えた。

標高を計測するポータブル光格子時計

この特定のクロックが次世代の GPS とより高速なデータ転送に電力を供給するクロックであるかどうかはまだわかりません。 しかし、それでも技術の進歩は著しいものであると、 エリザベス・ドンリー、コロラド州ボルダーにある米国国立標準技術研究所（NIST）時間および周波数部門の責任者。 「今後 XNUMX 年間で、他にも多くのタイプの光時計が市場に登場する可能性があります」と、Vector Atomic の仕事には関与していない Donley 氏は言います。 「このものの心臓部はヨウ素蒸気セルですが、このインフラストラクチャは他の種類の時計にも使用できます。」

• SEO を活用したコンテンツと PR 配信。 今日増幅されます。
• PlatoData.Network 垂直生成 Ai。 自分自身に力を与えましょう。 こちらからアクセスしてください。
• プラトアイストリーム。 Web3 インテリジェンス。 知識増幅。 こちらからアクセスしてください。
• プラトンESG。 カーボン、 クリーンテック、 エネルギー、 環境、 太陽、 廃棄物管理。 こちらからアクセスしてください。
• プラトンヘルス。 バイオテクノロジーと臨床試験のインテリジェンス。 こちらからアクセスしてください。
• 情報源： https://physicsworld.com/a/portable-optical-atomic-clock-makes-its-commercial-debut/