Стартъп пуска в продажба първия преносим оптичен атомен часовник

Атомите са най-точните измерители на времето на планетата. Електроните в атомния часовник с цезий-133 излъчват електромагнитно лъчение с честота 9 192 631 770 Hz, когато преминават от едно енергийно ниво в друго. Това е броят на интервалите, на които се разделя секундата в този часовник. Предлаганите на пазара атомни часовници на базата на цезий се използват широко в GPS, навигацията, финансовите пазари и преноса на данни. Но следващото поколение атомни часовници, които работят на оптични честоти, са още по-точни. Тези часовници „тиктакат“ десетки трилиони пъти в секунда. Базираният в Калифорния стартъп Vector Atomic пусна на пазара първите портативни оптични атомни часовници. Те са 100 пъти по-точни от съществуващите атомни часовници със същия размер.

Днес най-точните часовници, които можете да си купите, са атомните часовници. Основната разлика между оптичните часовници и техните атомни предшественици е използването на лазери. Учените създават много точни часовници, използвайки атоми с тесни преходи между енергийните нива (обикновено стронций или итербий). За да работят с тези атоми, те използват множество лазери. Атомите се съхраняват във вакуумни камери, а лазерите ги охлаждат и улавят, като блокират нежеланите преходи и анализират избрания преход. Но за да работят правилно, лазерите трябва да поддържат точно определени честоти, а поддръжката им изисква постоянно наблюдение.

За да създаде по-малко точна, но по-надеждна и преносима версия на оптичен часовник, екипът на Vector Atomic е трябвало да използва по-различен подход. Вместо да проектира оптична система на базата на атом, стартъпът проектира система на базата на лазери.

Най-надеждните и дълготрайни лазери се използват в телекомуникациите и промишлената обработка на материали. Десетилетия на търговски изследвания и разработки са направили тези лазери компактни и стабилни. Екипът избира подходящ за тях вид атом – молекулярен йод. Тази молекула има удобни преходи за честотно удвоения инфрачервен лазер, който често се използва при обработката на материали. Избрана е и проста конфигурация на паровата клетка, за да се избегне необходимостта от охлаждане на атомите до ниски температури.

Резултатът е оптичен часовник, наречен Evergreen, с обем от само 30 литра. За сравнение, размерът им е сравним с голям грамофон. Въпреки че точността на измерване на времето на Evergreen не достига лабораторните нива, той е 100 пъти по-точен от съществуващите атомни часовници със същия размер. Този часовник съответства на характеристиките на водородните мазери (устройства с размерите на хладилник), но е значително по-малко чувствителен към околния шум.

През лятото на 2022 г. прототипът Evergreen прекарва три седмици в морето на борда на кораб за тестване. През цялото това време часовникът е работил без никаква намеса. След завръщането си екипът е проверил работата на часовника и е установил, че има малко влошаване на точността въпреки турбуленцията и температурните колебания на борда на кораба. За първи път оптичен часовник работи автономно, без човешка намеса, в реални условия.

Благодарение на своя размер и стабилност Evergreen може да се прилага в навигацията, особено когато GPS сигналите са блокирани или подправени. Часовникът би могъл да бъде полезен в центровете за данни и телекомуникационните протоколи, както и за синхронизиране на сигналите от отдалечени детектори в научните изследвания. Днес точността на GPS е приблизително три метра, но по-прецизната синхронизация със спътниците би намалила тази грешка до няколко сантиметра или дори по-малко. Това ще позволи на автономните превозни средства да останат в своята лента, а на дроновете за доставки – да кацат дори на балконите. Възможността за разделение на времето на по-малки фрагменти ще даде възможност и за комуникации с по-висока пропускателна способност. През следващото десетилетие на пазара може да се появят много други видове оптични часовници