การกระจายความถี่ของเวลาทำลายสถิติระยะทาง

นักฟิสิกส์ได้ถ่ายโอนข้อมูลเวลาและความถี่ในระยะทางมากกว่า 100 กม. ในพื้นที่ว่าง ซึ่งไกลเกินกว่าบันทึกก่อนหน้า เทคนิคนี้ทำให้สามารถซิงโครไนซ์และตรวจสอบนาฬิกาออปติคัลในสภาพแวดล้อมที่การเชื่อมต่อแบบใยแก้วนำแสงใช้งานไม่ได้ อาจใช้เพื่อกำหนดมาตรฐานที่สูงขึ้นสำหรับมาตรวิทยา การนำทาง และการกำหนดตำแหน่ง นอกจากนี้ยังมีแอปพลิเคชันสำหรับการศึกษาฟิสิกส์พื้นฐาน เช่น การค้นหาสสารมืด การนิยามค่าคงที่พื้นฐานใหม่ และการทดสอบสัมพัทธภาพ

 นาฬิกาออปติคัลมีส่วนประกอบหลักสามส่วน อย่างแรกคือตัวอย่างของอะตอมหรือไอออนที่มีการเปลี่ยนแปลงระหว่างระดับพลังงานที่ความถี่อ้างอิงที่กำหนดไว้อย่างดีและมีความเสถียรสูงในบริเวณออปติกของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า องค์ประกอบที่สองคือระบบป้อนกลับที่ "ล็อก" เอาต์พุตของเลเซอร์ (เรียกว่าออสซิลเลเตอร์เฉพาะที่) กับความถี่อ้างอิงนี้ องค์ประกอบที่สามให้การวัดความถี่ของเลเซอร์ที่แม่นยำมาก โดยปกติจะผ่านอุปกรณ์ที่เรียกว่าหวีความถี่แสง (OFC)

 หนึ่งวินาทีใน 100 พันล้านปี

ในงานใหม่นี้ นักวิจัยนำโดย เจี้ยนเว่ย ปาน ของ มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน แสดงให้เห็นถึงการเผยแพร่ความถี่เวลาระหว่างระบบป้อนกลับและ OFC โดยคั่นด้วยระยะทางทำลายสถิติ 113 กม. หลังจากผ่านไป 10 วินาที ความไม่เสถียรของความถี่ของสัญญาณนาฬิกาจะน้อยกว่า 000×4^-19ซึ่งหมายความว่านาฬิกาของ การเปรียบเทียบ ข้อผิดพลาดจะถูกเก็บไว้ภายในหนึ่งวินาทีหลังจาก 100 พันล้านปี นักวิจัยทราบว่าค่านี้เกินกว่าเกณฑ์มาตรฐานที่จำเป็นในการกำหนดหน่วยพื้นฐานของหน่วยที่สองใหม่ ซึ่งจะมีการหารือในการประชุมใหญ่สามัญว่าด้วยมาตราน้ำหนักและมาตราส่วนปี 2026

ความพยายามก่อนหน้านี้ในการเผยแพร่เวลาและความถี่ในพื้นที่ว่างด้วยความแม่นยำสูงนั้นไม่ได้ขยายออกไปเกินหลายสิบกิโลเมตร ซึ่งนักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าไม่เพียงพอสำหรับการส่งสัญญาณที่มีความแม่นยำสูงในการเชื่อมโยงดาวเทียมกับพื้น “งานนี้เปิดเส้นทางสู่การเผยแพร่ความถี่เวลาภาคพื้นดินผ่านดาวเทียม” แพนกล่าว “และเราคาดหวังว่าการเชื่อมโยง OFC พื้นที่ว่างระยะไกล รวมกับการเชื่อมโยงความถี่เวลาแบบไฟเบอร์และดาวเทียมจะกลายเป็นสิ่งสำคัญ ส่วนหนึ่งของเครือข่ายนาฬิกาออปติคัลในอนาคต”

 นักวิจัยที่รายงานผลงานของพวกเขาใน ธรรมชาติขณะนี้มีแผนที่จะพัฒนาดาวเทียมทดลองวิทยาศาสตร์ควอนตัมแบบ Medium Earth Orbit-to-Geosynchronous Equatorial Orbit (MEO-to-GEO) ที่สามารถรับได้ทั้งมาตรฐานความถี่ออปติคอลบนดาวเทียม GEO และการถ่ายโอนความถี่เวลาบนพื้นดาวเทียม “เราหวังว่าระบบนี้จะมีความไม่เสถียรของความถี่เวลาน้อยกว่า 5×10^-18 ที่ 10 วินาที” Pan กล่าว “การเชื่อมโยงการเปรียบเทียบแบบสองทางกำลังถูกสร้างขึ้นกับสถานีในประเทศจีนที่เราร่วมงานด้วยในการศึกษานี้และสถานีในต่างประเทศเพื่อให้เกิดการเปรียบเทียบสัญญาณนาฬิกาแบบออปติคอลระหว่างทวีป ดาวเทียมดวงนี้มีแผนจะปล่อยในปี 000”