Vědci se blíží k vytváření super přesných atomových hodin velikosti čipů, které se vejdou do vašeho smartphonu
Nový počítačový čip podobný hřebenu by mohl být klíčem k vybavení dronů, smartphonů a autonomních vozidel s technologií umístění vojenské třídy, která byla dříve omezena na kosmické agentury a výzkumné laboratoře.
Vědci vyvinuli „čip mikrofombů“-počítačový čip široký 5 milimetrů (0,2 palce) vybavený malými zuby, jako jsou ty na hřebenu-které by mohly vytvořit optické atomové hodiny, nejpřesnější kousky časového řízení na planetě, malé a praktické pro skutečné použití.
To by mohlo znamenat systémy vybavené GPS tisíckrát přesnější než to nejlepší, co dnes máme, zlepšit vše od smartphonu a navigace dronů po seismické monitorování a geologické průzkumy, uvedli vědci v a prohlášení. Zjistili svá zjištění 19. února v časopise Photonika přírody.
Nahoru a atom
„Dnešní atomové hodiny umožňují GPS systémy s polohovou přesností několika metrů (kde 1 metr je 3,3 stopy). S optickými atomovými hodinami můžete dosáhnout přesnosti několika centimetrů (kde 1 centimetr je 0,4 palce),“ Studijní spoluautor) Minghao QiVe svém prohlášení uvedl profesor elektrického a počítačového inženýrství na Purdue University.
Související: Jak dlouho je sekunda?
„To zlepšuje autonomii vozidel a všechny elektronické systémy založené na polohování. Optické atomové hodiny mohou také detekovat minimální změny v zeměpisné šířce na zemském povrchu a lze jej použít například pro monitorování sopečné aktivity.“
Existuje přibližně 400 vysokých přesných atomové hodiny po celém světě, které používají zásady Kvantová mechanika udržet čas.
To obvykle zahrnuje použití mikrovlny ke stimulaci atomů pro posun mezi energetickými stavy. K těmto posunům, nazývaným oscilace, se přirozeně dějí extrémně vysokou rychlostí a působí jako ultra-precise tickingové hodiny, které udržují přesné časové míry do miliardy sekundy.
Proto atomové hodiny tvoří páteř koordinovaného univerzálního času (UTC) – který se používá k nastavení globálních časových pásů – a GPS (globální polohovací systém) Satelity, které se spoléhají na atomové časové míry, aby poskytovaly polohovací data pro automobily, smartphony a další zařízení.
Přes tuto neuvěřitelnou přesnost jsou tradiční atomové hodiny mnohem méně přesné než optické atomové hodiny. Tam, kde standardní atomové hodiny používají mikrovlnné frekvence k vzrušení atomů, optické atomové hodiny používají laserové světlo, což jim umožňuje měřit atomové vibrace v mnohem jemnějším měřítku – což je tisícekrát přesnější.
Až dosud byly optické atomové hodiny omezeny na extrémně omezené vědecké a výzkumné prostředí, například NASA Goddard Space Flight Center a Národní institut standardů a technologií (NIST). Je to proto, že jsou nesmírně složité a dávají je mimo dosah vašeho standardního ventilátoru Casio.
Klepnutím do zubů hřebenu
Chips mikrobomb by to mohlo změnit tím, že překlenuje mezeru mezi vysokofrekvenčními optickými signály (které optické atomové hodiny používají) a rádiové frekvence používané v navigačních a komunikačních systémech, na které se moderní elektronika spoléhá.
„Stejně jako zuby hřebenu, mikrobomba sestává ze spektra rovnoměrně rozložených světelných frekvencí. Optické atomové hodiny lze postavit uzamčením zubu mikrobomb do laseru s ultra zároveň šířkou, který se zase zamkne na atomový přechod s extrémně vysokou stabilitou,“ vyznačující se ve výkazu.
Nový systém přirovnávali k sadě rychlostních stupňů, kde drobné, rychle rostoucí zařízení (optická frekvence) pohání větší, pomalejší (rádiová frekvence). Stejně jako převody převodovky přenášejí pohyb při snižování rychlosti, mikrocomb působí jako převodník, který mění ultrarychlé oscilace atomů na stabilní časový signál, který může elektronika zpracovat.
„Navíc minimální velikost mikrobomu umožňuje výrazně zmenšit atomový hodinový systém při zachování jeho mimořádné přesnosti,“ spoluautor studie studie Victor Torres CompanyProfesor fotoniky v Chalmers uvedl ve svém prohlášení. „Doufáme, že budoucí pokrok v materiálech a výrobních technikách může tuto technologii dále zefektivnit a přiblížit nás ke světu, kde je v našich mobilních telefonech a počítačích standardní funkcí časoměru s ultracesitou funkcí.“
