Фізики передали інформацію про час і частоту на відстань понад 100 км у вільному просторі, значно перевищивши попередній рекорд. Технологія, яка дає змогу синхронізувати та контролювати оптичні годинники в середовищах, де з’єднання на основі оптоволокна є непрактичним, може бути використана для встановлення вищих стандартів для метрології, навігації та позиціонування. Він також має застосування для базових досліджень фізики, таких як пошук темної матерії, перевизначення фундаментальних констант і перевірка теорії відносності.
Оптичний годинник складається з трьох основних компонентів. Перший — це зразок атомів або іонів, які переходять між енергетичними рівнями на чітко визначеній і дуже стабільній опорній частоті в оптичній області електромагнітного спектру. Другим елементом є система зворотного зв’язку, яка «фіксує» вихід лазера (так званий гетеродин) на цій опорній частоті. Третій компонент забезпечує дуже точне вимірювання частоти лазера, зазвичай за допомогою пристрою, відомого як оптичний частотний гребінець (OFC).
Одна секунда за 100 мільярдів років
У новій роботі дослідники під керівництвом Цзяньвей Пан в Університет науки і техніки Китаю продемонстрували частотно-часову передачу між системою зворотного зв’язку та OFC, розділеними рекордною відстанню 113 км. Через 10 000 секунд нестабільність частоти годинника була менше 4×10-19, що означає, що годинник порівняння помилки будуть зберігатися в межах однієї секунди через 100 мільярдів років. Дослідники відзначають, що це значення перевищує еталон, необхідний для перевизначення фундаментальної одиниці секунди, який має обговорюватися на Генеральній конференції з мір і ваги 2026 року.
Попередні спроби розповсюдження часу та частоти у вільному просторі з такою високою точністю не перевищували десятки кілометрів, чого, як відзначають дослідники, недостатньо для високоточної передачі в каналах супутник-земля. «Ця робота відкриває шлях до розповсюдження частотно-часової інформації супутник-земля, — каже Пан, — і ми очікуємо, що міжміські лінії OFC у вільному космосі в поєднанні з частотно-часовими лініями на основі оптоволокна та супутника стануть важливими. частини майбутніх мереж оптичних годинників».
Дослідники, які звітують про свою роботу в природа, тепер планують розробити супутник для квантових наукових експериментів із середньої навколоземної орбіти на геосинхронну екваторіальну орбіту (MEO-GEO), який може реалізувати як стандарт оптичної частоти на основі супутника GEO, так і частотно-часову передачу від супутника до землі. «Ми сподіваємося, що ця система матиме частотно-часову нестабільність менше 5×10-18 за 10 000 секунд», — каже Пан. «Двостороннє порівняння встановлюється зі станцією в Китаї, з якою ми працювали для цього дослідження, і закордонною станцією для здійснення міжконтинентального порівняння оптичних годинників. Цей супутник планується запустити в 2026 році».
