Физики передали информацию о времени и частоте на расстояние более 100 км в открытом космосе, что намного превышает предыдущий рекорд. Этот метод, который позволяет синхронизировать и контролировать оптические часы в условиях, когда соединения на основе оптоволокна нецелесообразны, может быть использован для установления более высоких стандартов в области метрологии, навигации и позиционирования. У него также есть приложения для базовых физических исследований, таких как поиск темной материи, переопределение фундаментальных констант и проверка теории относительности.
Оптические часы состоят из трех основных компонентов. Первый представляет собой образец атомов или ионов, которые переходят между энергетическими уровнями на четко определенной и очень стабильной эталонной частоте в оптической области электромагнитного спектра. Второй элемент представляет собой систему обратной связи, которая «привязывает» выходной сигнал лазера (называемого локальным генератором) к этой опорной частоте. Третий компонент обеспечивает очень точное измерение частоты лазера, обычно с помощью устройства, известного как оптическая гребенка частот (OFC).
Одна секунда за 100 миллиардов лет
В новой работе исследователи под руководством Цзяньвэй Пан Университет науки и техники Китая продемонстрировали частотно-временное распространение между системой обратной связи и OFC, разделенными рекордным расстоянием в 113 км. Через 10 000 секунд нестабильность частоты часов составила менее 4×10.-19, что означает, что часы сравнение ошибки будут храниться в пределах одной секунды через 100 миллиардов лет. Исследователи отмечают, что это значение превосходит контрольный показатель, необходимый для переопределения фундаментальной единицы секунды, который должен быть обсужден на Генеральной конференции по мерам и весам 2026 года.
Предыдущие попытки распространения времени и частоты в свободном пространстве с такой высокой точностью не превышали десятков километров, что, как отмечают исследователи, недостаточно для высокоточной передачи по каналам связи спутник-земля. «Эта работа открывает путь к распространению частотно-временных сигналов со спутника на землю, — говорит Пан, — и мы ожидаем, что дальние связи OFC в свободном пространстве в сочетании с волоконно-оптическими и спутниковыми линиями связи с частотой времени станут важными. части будущих сетей оптических часов».
Исследователи, сообщающие о своей работе в природа, теперь планируют разработать квантовый научный экспериментальный спутник со средней околоземной орбитой на геосинхронную экваториальную орбиту (MEO-to-GEO), который может реализовать как оптический стандарт частоты на основе спутника GEO, так и передачу времени и частоты спутник-земля. «Мы надеемся, что эта система будет иметь частотно-временную нестабильность менее 5×10-18 в 10 000 секунд», — говорит Пан. «Устанавливаются двусторонние сравнительные каналы со станцией в Китае, с которой мы работали для этого исследования, и зарубежной станцией для проведения межконтинентального сравнения оптических часов. Этот спутник планируется запустить в 2026 году».
