Fiziki so prenesli informacije o času in frekvenci na razdalji več kot 100 km v prostem prostoru, kar je daleč preseglo prejšnji rekord. Tehnika, ki omogoča sinhronizacijo in spremljanje optičnih ur v okoljih, kjer so povezave na osnovi optičnih vlaken nepraktične, bi se lahko uporabila za postavitev višjih standardov za meroslovje, navigacijo in določanje položaja. Ima tudi aplikacije za osnovne študije fizike, kot je iskanje temne snovi, redefiniranje temeljnih konstant in testiranje relativnosti.
Optična ura ima tri glavne komponente. Prvi je vzorec atomov ali ionov, ki prehajajo med energijskimi nivoji pri natančno določeni in zelo stabilni referenčni frekvenci v optičnem območju elektromagnetnega spektra. Drugi element je povratni sistem, ki "zaklene" izhod laserja (imenovanega lokalni oscilator) na to referenčno frekvenco. Tretja komponenta zagotavlja zelo natančno merjenje frekvence laserja, običajno prek naprave, znane kot optični frekvenčni glavnik (OFC).
Ena sekunda v 100 milijardah let
V novem delu so raziskovalci pod vodstvom Jianwei Pan od Kitajska univerza za znanost in tehnologijo dokazano časovno-frekvenčno razširjanje med povratnim sistemom in OFC, ločenima z rekordno razdaljo 113 km. Po 10 000 sekundah je bila nestabilnost frekvence ure manjša od 4×10-19, kar pomeni, da je ura Primerjava napake bi se ohranile v eni sekundi po 100 milijardah let. Raziskovalci ugotavljajo, da ta vrednost presega merilo, potrebno za ponovno opredelitev temeljne enote sekunde, o kateri naj bi leta 2026 razpravljali na generalni konferenci o uteži in merah.
Prejšnji poskusi razširjanja časa in frekvence v prostem prostoru s tako visoko natančnostjo niso presegli več deset kilometrov, kar raziskovalci ugotavljajo, da ni dovolj za visoko natančen prenos v povezavah satelit-zemlja. »To delo odpira pot časovno-frekvenčnemu razširjanju satelit-zemlja,« pravi Pan, »in predvidevamo, da bodo OFC povezave na dolge razdalje v prostem vesolju v kombinaciji z optičnimi in satelitskimi časovno-frekvenčnimi povezavami postale pomembne deli prihodnjih omrežij optičnih ur."
Raziskovalci, ki poročajo o svojem delu v Narava, zdaj načrtuje razvoj satelita za kvantne znanstvene eksperimente Medium Earth Orbit-to-Geosynchronous Equatorial Orbit (MEO-to-GEO), ki lahko uresniči optični frekvenčni standard, ki temelji na satelitu GEO, in časovno-frekvenčni prenos satelit-zemlja. »Upamo, da bo imel ta sistem časovno-frekvenčno nestabilnost manjšo od 5×10-18 pri 10 000 sekundah,« pravi Pan. »Vzpostavljajo se dvosmerne primerjalne povezave s postajo na Kitajskem, s katero smo sodelovali pri tej študiji, in čezmorsko postajo, da bi izvedli primerjavo medcelinske optične ure. Ta satelit naj bi izstrelili leta 2026.«
