物理学者は、以前の記録をはるかに超える、100 km 以上の自由空間で時間と周波数の情報を転送しました。 光ファイバーベースの接続が実用的でない環境で光クロックを同期および監視できるようにするこの技術は、計測、ナビゲーション、測位のより高い基準を設定するために使用できます。 また、暗黒物質の探索、基本定数の再定義、相対性理論のテストなど、基礎物理学の研究にも応用できます。
光時計には XNUMX つの主要なコンポーネントがあります。 XNUMXつ目は、電磁スペクトルの光学領域で明確に定義された非常に安定した基準周波数でエネルギーレベル間を遷移する原子またはイオンのサンプルです。 XNUMX 番目の要素は、レーザー (局部発振器と呼ばれる) の出力をこの基準周波数に「ロック」するフィードバック システムです。 XNUMX 番目のコンポーネントは、通常、光周波数コム (OFC) として知られるデバイスを介して、レーザーの周波数を非常に正確に測定します。
100億年にXNUMX秒
新作では、 ジャンウェイ・パン 中国科学技術大学 は、フィードバック システムと OFC の間で 113 km という記録破りの距離で隔てられた時間周波数拡散を示しました。 10 000 秒後、クロックの周波数不安定性は 4×10 未満でした-19、これは時計の 比較 エラーは 100 億年後も 2026 秒以内に保たれます。 研究者は、この値が、XNUMX 年度量衡総会で議論される予定の秒の基本単位を再定義するために必要な基準を上回っていることに注目しています。
このような高精度で時間と周波数を自由空間に広めるこれまでの試みは、数十キロメートルを超えることはありませんでした。研究者は、衛星から地上へのリンクでの高精度の伝送には不十分であると指摘しています。 「この作業は、衛星と地上の時間-周波数の普及への道を開きます」とパンは言います。将来の光クロック ネットワークの一部です。」
で彼らの仕事を報告する研究者 自然は現在、GEO 衛星ベースの光周波数標準と衛星 - 地上時間 - 周波数転送の両方を実現できる中地球軌道 - 地球同期赤道軌道 (MEO - GEO) 量子科学実験衛星の開発を計画しています。 「このシステムの時間周波数不安定性が 5×10 未満になることを願っています。-18 10 000 秒で」とパンは言います。 「この研究で協力した中国の局と海外の局との間で双方向の比較リンクが確立され、大陸間の光時計の比較が実現されています。 この衛星は2026年に打ち上げられる予定です。」
