Het National Institute of Information and Communications Technology (NICT) genereerde een realtime signaal van een nauwkeurige tijdschaal door een optische roosterklok en een waterstofmaser te combineren. Het signaal dat in dit hybride optische-magnetronsysteem werd gegenereerd, bleef een half jaar ononderbroken voortduren. De resulterende eenheid van één seconde was nauwkeuriger dan die van Coordinated Universal Time (UTC) op die datum, en de tijdsafwijking van 0,8 nanoseconden in een half jaar ten opzichte van TT(BIPM), waarbij TT (BIPM) de meest nauwkeurige tijdschaal is die nabewerkt is door het International Bureau of Weights and Measures (BIPM). Deze demonstratie bewijst het vermogen om de tijd bij te houden met betrekking tot de toekomstige optische definitie van de tweede, die in de komende 10 jaar gerealiseerd kunnen worden. Deze prestatie is gepubliceerd in een open-access tijdschrift Wetenschappelijke rapporten op 9 maart 2018.

Nationale standaardtijden worden bijgehouden om te worden gesynchroniseerd met UTC. Aangezien de cesium-hyperfine-overgang de lengte van de eenheid van één seconde definieert, het bijhouden van nauwkeurige Cs-klokken is eenvoudig om de tijd bij te houden. optische klokken, anderzijds, heeft onlangs snelle vooruitgang geboekt en heeft veel minder systematische onzekerheid bereikt dan die van microgolfnormen. Hoe dan ook, niemand heeft tot nu toe een real-time signaal van een tijdschaal gegenereerd met behulp van optische klokken, omdat het nog steeds moeilijk is om een ​​optische klok een maand of langer continu te laten werken.

Onderzoekers van het NICT Space-Time Standards Laboratory, waaronder atoomfysici en tijdcomponerende experts, demonstreerde een nieuwe techniek voor het genereren van tijdschalen, de optische-magnetron hybride tijdschaal, die een optische roosterklok combineert met een waterstofmaser (HM). De strontium-87 roosterklok wordt één keer per week drie uur spaarzaam bediend. Deze bewerking kalibreert de frequentie van de HM, en de metingen in de laatste 25 dagen stellen hen in staat om te voorspellen hoe de HM-tikkende snelheid zal veranderen. Vervolgens, vooraf, ze kunnen de aanpassing van de HM-frequentie in de volgende week instellen om de voorspelde frequentieafwijking te compenseren.

De resulterende tijdschaal werd vergeleken met twee zogenaamde "papieren klokken, " UTC en TT(BIPM). UTC wordt vaak gecontroleerd door de state-of-the-art Cs-fonteinfrequentienormen, die worden geëxploiteerd door nationale metrologische instituten, en het resultaat wordt gerapporteerd aan het BIPM. Een keer per jaar in januari, BIPM neemt het resultaat van deze kalibraties op en brengt verder correcties aan in het verleden UTC. Dit is TT(BIPM) en is de meest nauwkeurige "papieren klok". Zoals getoond in Fig. 2, het tijdsverschil van de optische tijdschaal ten opzichte van UTC is in vijf maanden uitgebreid tot acht nanoseconden, maar dat tegen TT(BIPM) bleef in minder dan 1 nanoseconde. Deze resultaten geven aan dat de optische tijdschaal nauwkeuriger is dan UTC en op zijn minst vergelijkbaar is met TT(BIPM) in termen van nauwkeurigheid en stabiliteit. UTC en TT(BIPM) zijn numerieke producten die in uitgestelde tijd zijn berekend door de samenwerking van meer dan 400 atoomklokken en ultramoderne Cs-fonteinen over de hele wereld. Anderzijds, het signaal dat in NICT wordt gegenereerd, is een echt signaal dat gedurende de zes maanden elke seconde tikte.

"We dienen de samenleving door eindeloos tijd te bieden zonder onderbrekingen. De hybride optische-magnetronmethode die hier wordt gedemonstreerd, brengt het voordeel van optische frequentiestandaarden bij het bijhouden van de tijd." Tetsuya Ido, directeur van NICT Space-Time Standards Laboratory.

Een ander ding om op te merken is de impact op de toekomstige herdefiniëring van de SI-seconde, waarover de gemeenschap van tijd- en frequentiemetrologie onlangs de discussie is begonnen. De hybride methode slaagde erin de gemiddelde frequentie van één maand UTC voor alle zes maanden te evalueren, en de resultaten waren consistent met andere evaluaties die werden gerapporteerd door de ultramoderne Cs-fonteinen. De mogelijkheid om UTC te kalibreren op basis van optische klokken is een van de voorwaarden voor de toekomstige herdefiniëring.

NICT genereert Japan Standard Time (JST). NICT streeft ernaar deze hybride methode stap voor stap toe te passen op het JST generatiesysteem. De volgende stap zou zijn om een ​​redundantie van optische frequentiereferenties tot stand te brengen. Een andere optische roosterklok of klokken met één ion zullen werken. Ze kunnen die in andere laboratoria gebruiken door er verbinding mee te maken via een glasvezelnetwerk of satellietgebaseerde frequentieoverdracht.

Tetsuya zegt, "Van zeer nauwkeurige optische klokken wordt verwacht dat ze geodetische sensoren zijn om de variatie van de zwaartekrachtomgeving te detecteren. Dergelijke toepassingen vereisen een referentie die ongewijzigd blijft. Een zeer nauwkeurige en stabiele nationale tijdschaal kan deze rol spelen die 24 uur per dag beschikbaar is als infrastructuur. "