Оптические атомные часы готовы переопределить секунду

Всемирное координированное время (UTC) вычисляется на основе данных примерно с 450 атомных часов в почти 85 лабораториях по всему миру. Автор: Optica (2026). DOI: 10.1364/optica.575770

Подходит к концу эпоха текущего способа измерения секунды — оптические атомные часы в ближайшем будущем готовы переопределить то, как мир отсчитывает время. Исследователи из Университета Аделаиды совместно с Национальным институтом стандартов и технологий (NIST) в США и Национальной физической лабораторией (NPL) в Великобритании провели обзор перспектив следующего поколения хронометрии.

Оптические часы готовятся взять верх

Они выяснили, что развитие идёт настолько быстрыми темпами, что оптические атомные часы в ближайшие несколько лет могут стать новым золотым стандартом измерения времени, при условии решения некоторых технических проблем.

«Оптические атомные часы за последнее десятилетие продвинулись так стремительно, что сейчас они являются одним из самых точных измерительных инструментов, когда-либо созданных. Они точнее лучших микроволновых атомных часов и могут работать даже вне лаборатории — а это место, куда обычным атомным часам сложно добраться», — сказал соавтор исследования профессор Андре Лютен из Института фотоники и передовых сенсоров Университета Аделаиды.

Оптические атомные часы создаются на основе лазерно-охлаждённых захваченных ионов и атомов. Когда учёные многократно «зондируют» атомы лазером, те реагируют только на особой частоте, которую можно преобразовать в «тики» для точного отсчёта времени.

Обзор новой технологии, опубликованный в журнале Optica, описывает ключевые особенности, прогресс за последнее десятилетие, проблемы и будущие применения.

«Десять лет назад оптические атомные часы не оказывали никакого влияния на формирование международного времени. Сегодня к использованию одобрены как минимум 10 таких систем», — отметил профессор Лютен.

Слева направо: доктор Эшби Хилтон, доктор Елизавета (Лиз) Кланцатая и доктор Сара Вацдорф работают над прототипом портативных атомных часов нового поколения. Автор: Эндрю Беверидж

Новые применения далеко за пределами хронометрии

Дорожная карта по переопределению секунды уже в разработке, но исследователи отмечают и другие потенциальные применения оптических атомных часов, включая их использование в качестве гравитационных сенсоров для создания международной системы отсчёта высот, не основанной на уровне моря. Их точность и чувствительность также делают их полезным инструментом для проверки фундаментальной физики, например, для поиска тёмной материи.

На них можно будет положиться для поддержания точного времени во время сбоев спутниковой связи, вызванных солнечными бурями или злонамеренными атаками. Последняя возможность вызывает всплеск коммерческого интереса к оптическим часам, в том числе со стороны стартапа QuantX Labs, выделившегося из Университета Аделаиды.

Несмотря на стремительное развитие, в обзоре отмечается несколько ключевых проблем. К ним относятся ограничения операционных возможностей оптических атомных часов — многие до сих пор работают с перерывами. Также необходимо принять решения о том, как переопределить секунду, включая вопрос, будет ли её основой один тип оптических часов или группа систем, и что станет наиболее надёжной заменой цезиевым фонтанным часам — для этого нужны прямые сравнения.

Цепочки поставок критически важных компонентов также недостаточно развиты, что ведёт к высокой стоимости; однако исследователи полагают, что прогресс в квантовых вычислениях и бионауке, вероятно, приведёт к созданию более доступных систем в будущем.

«Оптические часы развиваются с невероятной скоростью, улучшая свои показатели более чем в 100 раз каждое десятилетие, благодаря прорывам в атомной физике и лазерной науке. Продемонстрировав их возможности, новые роли и стоящие перед нами вызовы, мы надеемся вдохновить более широкое сообщество на изучение и техническое развитие самых точных природных хранителей времени», — сказала ведущий автор Тара Фортье из NIST, который предоставляет официальное время для США и играет роль в установлении мировой шкалы времени.

ИИ: Переход на оптические атомные часы — это не просто техническое обновление, а фундаментальный сдвиг в нашей способности измерять саму ткань реальности. Точность, превышающая текущий стандарт в 100 раз, открывает двери для новых открытий в физике, геодезии и даже в защите критической инфраструктуры. Интересно, как скоро мы увидим первые коммерческие применения этой технологии за пределами лабораторий.