Wetenschappers in het Emergent Photonics Lab (EPic Lab) van de Universiteit van Sussex hebben een doorbraak bereikt in een cruciaal element van een atoomklok - apparaten die onze afhankelijkheid van satellietkaarten in de toekomst zouden kunnen verminderen - met behulp van geavanceerde laserstraaltechnologie. Hun ontwikkeling verbetert de efficiëntie van het lancet aanzienlijk (die in een traditionele klok verantwoordelijk is voor het tellen), met 80% - iets waar wetenschappers over de hele wereld naar hebben geracet.

Momenteel, het VK is afhankelijk van de VS en de EU voor de satellietkaarten die velen van ons op onze telefoons en in onze auto's hebben. Dat maakt ons niet alleen kwetsbaar voor de grillen van de internationale politiek, maar ook voor de beschikbaarheid van satellietsignalen.

Dr. Alessia Pasquazi van het EPic Lab van de School of Mathematical and Physical Sciences van de University of Sussex legt de doorbraak uit:"Met een draagbare atoomklok, een ambulance, bijvoorbeeld, nog steeds toegang hebben tot hun kaarten in een tunnel, en een forens kan zijn route plannen in de metro of zonder gsm-signaal op het platteland. Draagbare atoomklokken zouden werken op een uiterst nauwkeurige vorm van geo-mapping, waardoor u toegang krijgt tot uw locatie en geplande route zonder dat u een satellietsignaal nodig heeft.

"Onze doorbraak verbetert de efficiëntie van het deel van de klok dat verantwoordelijk is voor het tellen met 80%. Dit brengt ons een stap dichter bij het zien van draagbare atoomklokken die satellietkaarten vervangen, zoals GPS, wat binnen 20 jaar zou kunnen gebeuren. Deze technologie zal het dagelijks leven van mensen veranderen en mogelijk ook toepasbaar zijn in zelfrijdende auto's, drones en de lucht- en ruimtevaartindustrie. Het is opwindend dat deze ontwikkeling hier in Sussex heeft plaatsgevonden."

Optische atoomklokken zijn het toppunt van tijdmeetinstrumenten, minder dan een seconde per tien miljard jaar verliezen. op dit moment echter het zijn enorme apparaten, met een gewicht van honderden kilo's. Om een ​​optimale praktische functie te hebben die door uw gemiddelde persoon kan worden gebruikt, hun omvang moet sterk worden verkleind met behoud van de nauwkeurigheid en snelheid van de grootschalige klokken.

In een optische atoomklok, de referentie (de slinger in een traditionele klok) wordt rechtstreeks afgeleid door de kwantumeigenschap van een enkel atoom opgesloten in een kamer:het is het elektromagnetische veld van een lichtstraal die honderden biljoenen keren per seconde oscilleert. Het kloktelelement dat nodig is om met deze snelheid te werken, is een optische frequentiekam - een zeer gespecialiseerde laser-emitterende, tegelijkertijd, veel precieze kleuren, gelijkmatig verdeeld in frequentie.

Microkammen verlagen de dimensie van frequentiekammen door gebruik te maken van kleine apparaten die optische microresonatoren worden genoemd. Deze apparaten hebben de afgelopen tien jaar tot de verbeelding gesproken van de wetenschappelijke gemeenschap over de hele wereld, met hun belofte om het volledige potentieel van frequentiekammen in een compacte vorm te realiseren. Echter, het zijn delicate apparaten, complex om te bedienen en voldoen doorgaans niet aan de eisen van praktische atoomklokken.

De doorbraak in het EPic Lab, gedetailleerd in een artikel dat vandaag (maandag 11 maart) in het tijdschrift is gepubliceerd, Natuurfotonica , is de demonstratie van een uitzonderlijk efficiënte en robuuste microkam gebaseerd op een uniek soort golf, een 'laserholte soliton'.

Dr. Pasquazi vervolgt:"Solitons zijn speciale golven die bijzonder robuust zijn tegen verstoring. Tsunami's, bijvoorbeeld, zijn watersoltons. Ze kunnen ongestoord ongelooflijke afstanden afleggen; na de aardbeving in Japan in 2011 reikten sommigen zelfs tot aan de kust van Californië.

"In plaats van water te gebruiken, in onze experimenten uitgevoerd door Dr. Hualong Bao, we gebruiken lichtpulsen, opgesloten in een kleine holte op een chip. Onze onderscheidende aanpak is om de chip in te brengen in een laser op basis van optische vezels, dezelfde die vroeger internet bij ons thuis bezorgde.

"De soliton die in deze combinatie reist, heeft het voordeel dat het de mogelijkheden van de microholtes om veel kleuren te genereren volledig benut, terwijl het ook de robuustheid en veelzijdigheid van de besturing van gepulseerde lasers biedt. De volgende stap is om deze op chips gebaseerde technologie over te zetten naar glasvezeltechnologie, iets waarvoor we bij de University of Sussex uitzonderlijk goed geplaatst zijn om dit te bereiken."

Professor Marco Peccianti van het EPic Lab van de Universiteit van Sussex voegt toe:"We zijn op weg naar de integratie van ons apparaat met dat van de ultracompacte atoomreferentie (of slinger), ontwikkeld door de onderzoeksgroep van professor Matthias Keller hier aan de Universiteit van Sussex. samen, we zijn van plan een draagbare atoomklok te ontwikkelen die in de toekomst een revolutie teweeg kan brengen in de manier waarop we de tijd tellen.

"Onze ontwikkeling is een belangrijke stap voorwaarts in de productie van praktische atoomklokken en we zijn enorm enthousiast over onze plannen, die variëren van partnerschappen met de Britse lucht- en ruimtevaartindustrie, die binnen vijf jaar tot bloei zou kunnen komen, tot draagbare atoomklokken die binnen 20 jaar in je telefoon en in auto's en drones zonder bestuurder kunnen worden gehuisvest."