Оптические квантовые часы, разработанные в Университете Аделаиды, доказали свою эффективность, значительно превосходя системы GPS в военно-морских испытаниях.
Предыдущие версии часов
Предыдущие версии часов, работающих на таком уровне точности, не были портативными. Они требовали больших лабораторных площадей и были слишком чувствительны к движению и изменениям температуры.
Разработка новых часов
Часы были разработаны командой под руководством профессора Университета Аделаиды Андре Люйтена, главного новатора и заведующего кафедрой экспериментальной физики в Институте фотоники и передовых сенсорных технологий (IPAS) в партнёрстве с коллегами из Группы оборонных наук и технологий (DSTG).
Профессор Люитен сказал: «Гарантированная синхронизация времени имеет решающее значение для связи и позиционирования, особенно в условиях, когда суверенитет в области обороны приобретает всё большее значение».
Решение проблемы
«Сигналы синхронизации времени в настоящее время предоставляются системой глобального позиционирования (GPS). Однако в условиях конфликта, когда GPS может быть заглушен или подделан, синхронизация времени между местоположениями будет быстро ухудшаться. Решением этой проблемы для Австралийских сил обороны (ADF) являются суверенно разработанные, надёжные и портативные часы, которые можно было бы развернуть в полевых условиях».
Доктор Эшби Хилтон, физик-исследователь из команды IPAS, сказал: «Новое поколение часов, разработанное командой IPAS и DST, в 20–200 раз более точно за секунду измерения времени, чем нынешний международный стандарт».
Оба типа часов — оптические атомные часы, использующие элементы рубидий и иттербий для обеспечения невероятно чистых сигналов синхронизации времени, что позволяет добиться более высоких показателей по сравнению с часами GPS.
Принцип работы часов
Часы, разработанные командой, используют герметичные ячейки с газом атомов при низком давлении. Эти ячейки затем исследуются с помощью лазеров определённого цвета, а извлечённая информация используется для настройки длины волны лазера на атом, обеспечивая стабильность.
Испытания
Часы были задействованы вместе с другими технологиями квантового зондирования и синхронизации времени на военно-морских учениях Rim of the Pacific (RIMPAC) в июле 2022 года у Гавайев в рамках альтернативного задания по определению местоположения, навигации и синхронизации времени, в котором они соревновались с технологиями, разработанными другими странами.
Полные результаты полевых испытаний опубликованы в журнале Nature Communications.
«RIMPAC стал первым случаем, когда ансамбль оптических атомных часов был продемонстрирован на море, что является важной вехой для гарантированной синхронизации времени и навигации», — сказал Эшби. «Лучшие квантовые технологии со всего мира были установлены в морском контейнере во время этих учений и провели более трёх недель на манёврах. Часы Университета Аделаиды показали лучшие результаты по сравнению со всеми часами, задействованными в учениях».
Перспективы
Хотя часы были разработаны для этого конкретного применения, будущие варианты могут иметь и другие применения, например, в спутниковых системах GPS следующего поколения или для точного учёта времени в высокочастотной финансовой торговле.
Университет сотрудничает с Quantx Labs, местной компанией, занимающейся квантовыми технологиями, с целью передачи интеллектуальной собственности и ноу-хау из исследовательской сферы в промышленность.
Предоставлено Университетом Аделаиды.