Ученым удалось синхронизировать оптические часы с точностью одной квадриллионной доли секунды - «Наука и технологии»

Международная группа, возглавляемая учеными из американского Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST), разработала и испытала технологию синхронизации двух оптических часов. Во время испытаний этой технологии удаленные часы и основные часы разделяло расстояние в 12 километров, а оптический синхросигнал проходил это расстояние через открытое пространство и атмосферу, которая, как известно, вносит большие искажения в подобные сигналы. Несмотря на это удаленные часы удалось синхронизировать с основными с точностью на уровне одной фемтосекунды.

Ключевым моментом новой технологии синхронизации является так называемая оптическая частотная гребенка, за изобретение которой в 2005 году была присуждена Нобелевская премия по физике. Эта гребенка представляет собой луч специализированного лазера, который производит очень стабильную и точную последовательность оптических импульсов, сдвинутых по частоте относительно друг друга на некоторую величину.

"Мы маркируем импульс лазера частотной гребенки временной меткой, соответствующей "тиканью" наших часов" - рассказывает Лаура Синклер (Laura Sinclair), ученая-физик из NIST, - "Это походит на обычные кварцевые часы с той разницей, что генератор наших часов работает на частоте 200 ТГц (200 миллиардов циклов в секунду). Сигнал частотной гребенки маркируется меткой времени не каждую секунду, как в обычных часах, а каждые пять наносекунд".

Сигнал лазерной оптической гребенки посылается от основных часов к удаленным и назад. Благодаря некоторым уловкам, ученые смогли измерить время прибытия ответного импульса с точностью до нескольких фемтосекунд. При этом, время прибытия импульса, прошедшего 12-километровую дистанцию, измерялось на обоих концах, а отклонения этого времени составляли сотни пикосекунд.

Отмечая каждый раз время прибытия ответного сигнала, и собрав достаточное количество статистики, ученые смогли рассчитать корректирующие значения, которые позволили изменить показания времени удаленных часов так, что разница между ними и основными составила не более одной фемтосекунды. Вся процедура синхронизации часов происходит достаточно быстро, около половины миллисекунды, что на порядки быстрее, нежели чем это могут обеспечить методы синхронизации с использованием микроволнового излучения.

Несмотря на то, что синхронизируемые часы разделало 12 километров достаточно бурной атмосферы, ученым не удалось обнаружить никаких аномалий в процессе синхронизации часов. "Это указывает на то, что такой же метод может быть использован и для синхронизации часов, находящихся на большем удалении от опорных, находящихся, к примеру, на высокой горной вершине или воздушном шаре" - рассказывает Лаура Синклер, - "А это можно будет использовать для построения и синхронизации целой сети оптических часов, которые будут снабжать сигналами точного времени всех нуждающихся в этом".

В настоящее время исследовательская группа разрабатывает решение для подобного метода синхронизации двух часов, одни из которых находятся в движении. Ведь в данном случае на импульсы лазерной частотной гребенки оказывает воздействие не только атмосфера, но и известный Допплеровский эффект.