Các nhà vật lý đã truyền thông tin về thời gian và tần số trên khoảng cách hơn 100 km trong không gian tự do, vượt xa kỷ lục trước đó. Kỹ thuật cho phép đồng bộ hóa và giám sát đồng hồ quang trong môi trường mà kết nối dựa trên sợi quang là không thực tế, có thể được sử dụng để thiết lập các tiêu chuẩn cao hơn cho đo lường, điều hướng và định vị. Nó cũng có các ứng dụng cho các nghiên cứu vật lý cơ bản như tìm kiếm vật chất tối, xác định lại các hằng số cơ bản và thử nghiệm thuyết tương đối.
Một đồng hồ quang học có ba thành phần chính. Đầu tiên là một mẫu nguyên tử hoặc ion chuyển tiếp giữa các mức năng lượng ở tần số tham chiếu được xác định rõ và có độ ổn định cao trong vùng quang học của phổ điện từ. Phần tử thứ hai là một hệ thống phản hồi “khóa” đầu ra của tia laser (được gọi là bộ tạo dao động cục bộ) ở tần số tham chiếu này. Thành phần thứ ba cung cấp phép đo tần số của tia laser rất chính xác, thường thông qua một thiết bị được gọi là lược tần số quang học (OFC).
Một giây trong 100 tỷ năm
Trong công trình mới, các nhà nghiên cứu do Bàn Kiến Vi của Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc đã chứng minh sự phổ biến tần số thời gian giữa hệ thống phản hồi và OFC cách nhau một khoảng cách kỷ lục là 113 km. Sau 10 000 giây, tần số không ổn định của đồng hồ nhỏ hơn 4×10-19, ngụ ý rằng đồng hồ của sự so sánh lỗi sẽ được giữ trong vòng một giây sau 100 tỷ năm. Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng giá trị này vượt qua điểm chuẩn cần thiết để xác định lại đơn vị cơ bản của giây, sẽ được thảo luận tại Hội nghị chung về Cân nặng và Đo lường năm 2026.
Các nỗ lực trước đây nhằm phổ biến thời gian và tần số trong không gian tự do với độ chính xác cao như vậy đã không vượt quá hàng chục km, điều mà các nhà nghiên cứu lưu ý là không đủ để truyền độ chính xác cao trong các liên kết vệ tinh với mặt đất. Pan cho biết: “Công việc này mở ra con đường phổ biến tần số thời gian giữa vệ tinh và mặt đất, và chúng tôi dự đoán rằng các liên kết OFC trong không gian tự do đường dài, kết hợp với các liên kết tần số thời gian dựa trên sợi quang và vệ tinh, sẽ trở nên quan trọng. các bộ phận của mạng đồng hồ quang học trong tương lai.”
Các nhà nghiên cứu, những người báo cáo công việc của họ trong Thiên nhiên, hiện có kế hoạch phát triển một vệ tinh thí nghiệm khoa học lượng tử từ Quỹ đạo Trái đất đến Quỹ đạo Xích đạo Đồng bộ Địa lý Trung bình (MEO-to-GEO) có thể thực hiện cả tiêu chuẩn tần số quang học dựa trên vệ tinh GEO và truyền tần số thời gian vệ tinh-mặt đất. “Chúng tôi hy vọng hệ thống này sẽ có độ bất ổn tần số thời gian nhỏ hơn 5×10-18 sau 10 000 giây,” Pan nói. “Các liên kết so sánh hai chiều đang được thiết lập với trạm ở Trung Quốc mà chúng tôi đã hợp tác trong nghiên cứu này và trạm ở nước ngoài để thực hiện so sánh đồng hồ quang liên lục địa. Vệ tinh này được lên kế hoạch phóng vào năm 2026.”
