Fizicienii au transferat informații despre timp și frecvență pe o distanță de peste 100 km în spațiu liber, depășind cu mult recordul anterior. Tehnica, care face posibilă sincronizarea și monitorizarea ceasurilor optice în medii în care conexiunile bazate pe fibră optică nu sunt practice, ar putea fi utilizată pentru a stabili standarde mai înalte pentru metrologie, navigație și poziționare. De asemenea, are aplicații pentru studiile fizice de bază, cum ar fi căutarea materiei întunecate, redefinirea constantelor fundamentale și testarea relativității.
Un ceas optic are trei componente principale. Primul este un eșantion de atomi sau ioni care tranzitează între niveluri de energie la o frecvență de referință bine definită și foarte stabilă în regiunea optică a spectrului electromagnetic. Al doilea element este un sistem de feedback care „blochează” ieșirea unui laser (numit oscilator local) la această frecvență de referință. A treia componentă oferă o măsurare foarte precisă a frecvenței laserului, de obicei printr-un dispozitiv cunoscut sub numele de pieptene de frecvență optică (OFC).
O secundă în 100 de miliarde de ani
În noua lucrare, cercetătorii conduși de Jianwei Pan a Universitatea de Știință și Tehnologie din China a demonstrat diseminarea timp-frecvență între un sistem de feedback și un OFC separat de o distanță record de 113 km. După 10 000 de secunde, instabilitatea frecvenței ceasului a fost mai mică de 4×10-19, ceea ce înseamnă că ceasul comparație erorile ar fi păstrate într-o secundă după 100 de miliarde de ani. Cercetătorii notează că această valoare depășește punctul de referință necesar pentru a redefini unitatea fundamentală a celei de-a doua, care urmează să fie discutată la Conferința Generală a Greutăților și Măsurilor din 2026.
Încercările anterioare de diseminare în spațiul liber a timpului și frecvenței cu o asemenea precizie nu s-au extins peste zeci de kilometri, ceea ce cercetătorii notează că este insuficient pentru transmisia de înaltă precizie în legăturile satelit-sol. „Această lucrare deschide calea către diseminarea timp-frecvență satelit-sol”, spune Pan, „și anticipăm că legăturile OFC în spațiu liber pe distanțe lungi, combinate cu legături pe fibră și pe satelit, vor deveni importante. părți ale viitoarelor rețele de ceas optic.”
Cercetătorii, care își raportează munca în Natură, acum intenționează să dezvolte un satelit experimental de știință cuantică de la Orbită Pământului Mediu la Orbită Ecuatorială Geosincronă (MEO-la-GEO) care poate realiza atât un standard de frecvență optică bazat pe satelit GEO, cât și un transfer de timp și frecvență satelit-sol. „Sperăm că acest sistem va avea o instabilitate timp-frecvență mai mică de 5×10-18 la 10 000 de secunde”, spune Pan. „Se stabilesc legături de comparație bidirecțională cu stația din China cu care am lucrat pentru acest studiu și cu stația de peste mări pentru a realiza o comparație a ceasului optic intercontinental. Acest satelit este planificat să fie lansat în 2026.”
