Как сообщает команда на этой неделе в Applied Physics Letters от AIP Publishing, они смогли продемонстрировать синхронизацию часов фемтосекундного уровня в реальном времени на низколежащем, сильно турбулентном, 12-километровом горизонтальном воздушном пути с помощью оптического двухстороннего времени. передача.В их работе используется инструмент, известный как «частотная гребенка», за который Джон Холл и Тед Хэнш получили Нобелевскую премию по физике в 2005 году.Частотная гребенка — это специальный тип лазера, который излучает очень стабильную серию оптических импульсов.«Мы маркируем эти импульсы и используем их как« тиканье »наших часов», — сказала Лаура Синклер, физик из NIST. «Это аналог кварцевых часов.
Но в нашем случае у нас есть генератор, работающий с частотой 200 миллиардов циклов в секунду (200 ТГц), который мы объединяем с частотной гребенкой, чтобы генерировать тики не каждую секунду, а каждые 5 наносекунд».Исследователи отправляют эти тики — импульсы частотной гребенки — по воздуху как из точки А в точку Б, так и из точки Б в точку А. Благодаря некоторым хитроумным трюкам они смогли измерить время прибытия импульсов в каждую точку с точностью до фемтосекунд, или одна квадриллионная секунды.Время прибытия должно быть измерено на обоих участках "из-за конечной скорости света — время, необходимое импульсу для прохождения через 12 км воздуха, может измениться на сотни пикосекунд в течение нескольких часов из-за изменения атмосферы. или даже раскачивание здания, в котором находятся часы, — отметил Синклер. «Это может полностью скрыть любую разницу во времени».Отметив разницу во времени прибытия, «мы можем вычесть изменяющийся путь, и у нас останется только разница во времени часов, потому что атмосфера взаимна — это означает, что изменение на 100 пикосекунд происходит для обоих направлений одновременно, "она продолжила. «Как только мы измеряем разницу во времени часов, мы можем ускорить или замедлить часы на сайте B, чтобы они согласовывались с часами на сайте A с точностью до фемтосекунд».
Все эти этапы измерения выполняются быстро — менее чем за половину миллисекунды — поэтому команда может настроить часы на участке B на несколько порядков быстрее, чем существующие методы на основе микроволнового излучения.Команда была поражена тем, насколько далеко они смогли зайти, сохранив синхронизацию на фемтосекундном уровне.«12 км турбулентного воздуха приводят к огромным искажениям лазерных лучей, однако время двух часов совпадает с точностью до 20 цифр», — отметил Синклер.Эти результаты чрезвычайно обнадеживают, поскольку команда не увидела «ухудшения согласования часов из-за увеличения расстояния и турбулентности», — сказал Синклер. «Это говорит о том, что мы могли бы преодолевать даже большие расстояния, особенно если путь не является полностью горизонтальным — например, к вершине горы или воздушному шару».
Сейчас команда решает две отдельные проблемы для часов.«Во-первых: можем ли мы по-прежнему синхронизировать часы, если один из них движется? Тот же эффект Доплера, который изменяет высоту звука сирены скорой помощи, когда он приближается к нам, также влияет на наши часы, поэтому нам нужно скорректировать этот эффект, чтобы учесть развитие синхронизированных тактовых сетей на мобильных платформах », — пояснил Синклер.
Второй: как далеко — на расстоянии — мы действительно сможем пройти? Если мы когда-нибудь захотим переопределить второй так, чтобы он основывался на оптическом стандарте, а не на стандарте микроволнового излучения, мы должны иметь возможность соединить мир лучшие часы, а затем распространять информацию о времени ".