Optyczne zegary kwantowe coraz mniejsze

Zegary kwantowe lub atomowe coraz częściej postrzegane są jako niezbędne w obszarach wymagających wielkiej precyzji, jak komunikacja internetowa, handel akcjami lub systemy nawigacji, zarówno zwykłe jak i te w które będą wyposażone pojazdy autonomiczne. W nauce precyzja tych zegarów pozwala na prowadzenie badań wychodzących poza standardowe modele fizyki, które być może pozwolą nam kiedyś zrozumieć najbardziej tajemnicze aspekty wszechświata, takie jak ciemna energia i ciemna materia. Pomiary przy użyciu zegarów atomowych pomogą też udowodnić czy tak zwane „stałe fizyczne” są rzeczywiście „stałe” czy też zmieniają się jakoś w czasie. Zespół z Birmingham skupia się na najbardziej precyzyjnej wersji tego urządzenia, zwanej optycznym zegarem atomowym.

Główny badacz zespołu fizyków pracujących nad miniaturyzacją ultradokładnych zegarów optycznych, doktor Yogeshwar Kale powiedział:

Stabilność i precyzja zegarów optycznych czyni je kluczowymi dla wielu przyszłych sieci informacyjnych i komunikacyjnych. Naziemne sieci nawigacyjne, w których wszystkie takie zegary są połączone światłowodem i zaczynają ze sobą rozmawiać zmniejszą naszą zależność od systemów GPS, które czasami mogą zawieść. Te przenośne zegary optyczne nie tylko pomogą ulepszyć pomiary geodezyjne – podstawowe właściwości kształtu Ziemi i zmian grawitacji – ale będą również służyć jako prekursory do monitorowania i identyfikowania sygnałów geodynamicznych, takich jak trzęsienia ziemi i wulkany na wczesnych etapach.

Jakie to jest duże i na ile da się to zmniejszyć?

Dotychczas system optycznego zegara kwantowego z całym oporządzeniem zajmował przestrzeń około 1500 litrów i mógł być transportowany w przyczepie lub furgonetce. Do tego dochodziła jego dosyć duża wrażliwość na drgania i ciepło, bo pomiary mogą być dokonywane jedynie na atomach, których temperatura jest zbliżona do zera absolutnego. To czyniło transport bardzo uciążliwym.

Zespół z Birmingham opracował rozwiązanie pozwalające zmieścić całe urządzenie w „pudełku” o pojemności około 120 litrów i wadze mniejszej niż 75 kg. Technologia ta ma według ekspertów z DSTL kluczowe znaczenie dla przyszłych możliwości brytyjskiego Ministerstwa Obrony.

Największym wyzwaniem był proces miniaturyzacji infrastruktury minimalizującej zewnętrzny wpływ na miniaturową komorę o wysokiej próżni w której znajdują się schłodzone atomy. To właśnie ich oscylacja stanowi źródło danych dotyczących upływu czasu. Dzięki nowatorskim rozwiązaniom komora może być przetransportowana na odległość nawet 200 km bez większych trudności i przygotowana do działania przez zaledwie jednego technika w ciągu niespełna 90 minut. Podczas testów system wykazał się też dużą odpornością na zmiany temperatury, która zmieniła się podczas transportu o 8 stopni Celsjusza.

Naukowcy nie mogą doczekać się by zobaczyć jak ich system jest wykorzystywany w praktyce poza środowiskiem laboratoryjnym.

Źródło: sciencedaily.com