Китайские ученые из Уханьского университета сообщили о важном прорыве в сфере точного измерения времени. Команда исследователей создала компактные атомные часы, которые теряют только одну секунду за 30 тысяч лет, рассказывает Interesting Engineering.
Смотрите также По ним должны были ездить миллионы авто – почему солнечные дороги закрыли так и не запустив
Такой уровень точности, по их словам, открывает новые возможности для современных военных технологий, навигационных систем и координации беспилотников.
Как работают атомные часы и почему они будут полезны военным?
Устройство имеет объем всего 2,3 кубических сантиметра – примерно как ноготь. Это значительно меньше имеющихся аналогов и более чем в семь раз компактнее ведущих моделей из США. Несмотря на миниатюрный размер, его характеристики соответствуют возможностям больших атомных часов.
В современных боевых операциях синхронизация времени играет критическую роль. Даже задержка на наносекунду может повлиять на эффективность координированных ударов дронов или ракет. Именно поэтому сверхточные системы отсчета времени являются ключевыми для наведения, обмена данными и защищенной связи на поле боя, объясняет SCMP.
Обычно даже миниатюрные атомные часы занимают несколько сотен кубических сантиметров и требуют несколько ватт мощности. Новое китайское устройство обеспечивает похожую точность, но в значительно более компактном корпусе. Это позволяет интегрировать его в беспилотники, ракеты и подводные платформы.
Технологический прорыв стал возможным благодаря квантово-оптическому методу "когерентного захвата населения". Он заменяет традиционный подход с использованием микроволновых резонаторов, которые ограничивают дальнейшее уменьшение размеров и повышают энергопотребление.
Как все это вообще работает?
Новая схема базируется на микрофабрикованной паровой ячейке с щелочными атомами, в частности рубидием, и двух оптических частотах, которые генерирует модулированный полупроводниковый лазер. Когда разница частот точно соответствует энергетическому разрыву между основными состояниями атомов, они переходят в так называемое "темное состояние" – квантовый режим, в котором перестают поглощать свет. Это создает стабильный оптический сигнал, который и служит эталоном частоты.
Проще говоря, внутри этих мини-часов есть очень маленькая "капсула" с парами специальных атомов и лазер, который светит на них светом с точно заданными характеристиками. Лазер работает так, что создает два очень близких по частоте световые сигналы. Если разница между ними идеально совпадает с естественной "внутренней частотой" атомов, происходит интересная квантовая штука: атомы переходят в состояние, в котором перестают поглощать свет. Это и называют "темным состоянием". Для инженеров это выглядит как очень четкий и стабильный сигнал – своеобразная идеальная метка времени. Именно от нее и отсчитывает секунды атомные часы. Поскольку такая система работает со светом и микрочипами, а не с большими микроволновыми камерами, как в старых атомных часах, все устройство можно сделать гораздо меньшим, более экономным и пригодным для установки в дроны или другую компактную технику.
В то же время исследователи признают, что технология пока остается дорогой, а требования к лазерным системам ограничивают ее быстрое распространение. При поддержке промышленной группы Yangtze River команда планирует наращивать производство и ожидает, что снижение стоимости позволит применять атомные часы чипового уровня не только в военных, но и в гражданских телекоммуникационных системах.