物理学家已经在自由空间中传输了超过 100 公里的时间和频率信息，远远超过了之前的记录。 该技术使得在基于光纤的连接不切实际的环境中同步和监控光学时钟成为可能，可用于为计量、导航和定位设定更高的标准。 它还可用于基础物理研究，例如寻找暗物质、重新定义基本常数和测试相对论。
光学时钟具有三个主要组件。 第一个是原子或离子样本，它们在电磁光谱的光学区域中以定义明确且高度稳定的参考频率在能级之间跃迁。 第二个要素是反馈系统，它将激光器（称为本地振荡器）的输出“锁定”到该参考频率。 第三个组件提供对激光频率的非常精确的测量，通常通过称为光学频率梳 (OFC) 的设备进行。
一千亿年一秒
在这项新工作中，研究人员由 潘建伟 的 中国科技大学 展示了反馈系统和 OFC 之间的时频传播，间隔破纪录的 113 公里距离。 10 000 秒后，时钟的频率不稳定性小于 4×10-19，这意味着时钟的 对照 100 亿年后，误差将保持在一秒内。 研究人员指出，该值超过了重新定义秒的基本单位所需的基准，该基准将在 2026 年度量衡大会上进行讨论。
以前以如此高精度在自由空间传播时间和频率的尝试并没有延伸到几十公里之外，研究人员指出，这对于卫星到地面链路中的高精度传输来说是不够的。 “这项工作为卫星-地面时频传播开辟了道路，”潘说，“我们预计长距离自由空间 OFC 链路与基于光纤和基于卫星的时频链路相结合，将变得非常重要未来光时钟网络的一部分。”
研究人员，他们在 自然，现计划研制一颗中地球轨道到地球同步赤道轨道（MEO-to-GEO）量子科学实验卫星，既能实现GEO星基光频标准，又能实现星地时频转换。 “我们希望这个系统的时频不稳定性小于 5×10-18 在 10 000 秒，”Pan 说。 “正在与我们为这项研究合作的中国台站和海外台站建立双向比对链路，以实现洲际光钟比对。 这颗卫星计划于 2026 年发射。”
