Современные финансовые системы, глобальная навигация (включая GPS), авиация, телекоммуникации и интернет-инфраструктура опираются на Всемирное координированное время, поддерживаемое микроволновыми атомными часами. Однако на горизонте — более точные оптические часы. Этим летом международная группа из шести стран провела масштабное исследование: несколько оптических установок объединили в сеть, чтобы синхронизировать их показания и измерить уровень точности.
Краткий обзор атомных часов
Микроволновые атомные часы лежат в основе временной инфраструктуры планеты. На их показания ориентируются аэропорты, вокзалы, биржи, банки, а также российская система ГЛОНАСС, где даже малейшая неточность во времени способна исказить расчёт координат.
Принцип работы микроволновых часов основан на резонансном переходе атомов цезия или рубидия под воздействием микроволнового излучения: частоту подстраивают до резонанса, а затем используют её как эталон. Однако именно частота микроволн ограничивает максимальную точность таких систем.
Оптические атомные часы решают эту проблему за счёт переходов на оптических частотах (например, в атомах иттербия), которые в тысячи раз выше микроволновых. Резонанс достигается лазерным облучением, что даёт возможность «тикать» до 4,29·1014 раз в секунду и значительно повысить стабильность хода.
Полевые испытания и перспективы
Оптические установки оказываются более чувствительными к внешним факторам: доплеровским эффектам, вибрациям, температурным колебаниям. Кроме того, лазеры и оптические компоненты пока остаются дорогими, однако такие часы уже тестируют в реальных условиях.
В судоходстве даже небольшие погрешности приводят к сотням метров ошибки в позиционировании. В апреле калифорнийский стартап Vector Atomic испытал оптические атомные часы на основе молекул йода: прибор весом около 26 кг оказался в 1 000 раз точнее бортовых микроволновых часов. В будущем подобные системы могут применяться не только на кораблях, но и в беспилотном транспорте.
Кто ведёт разработки
Работы над оптическими часовыми эталонами ведут многие научные центры мира. В октябре физики MIT удвоили точность своих оптических часов, снизив квантовый шум и приближая создание компактных и мобильных моделей.
В конце ноября учёные Университета Торонто представили часы с атомами стронция, охлаждёнными до ниже пять кельвинов, что резко сокращает тепловые дрейфы: новая разработка примерно в 100 раз превосходит традиционные цезиевые часы по стабильности хода.
В январе Федеральный физико-технический институт Брауншвейга продемонстрировал ионные часы на основе индия: отказавшись от одного иона в пользу нескольких, специалисты увеличили точность в 1 000 раз по сравнению с цезием.
Сетевые синхронизации и новый стандарт
В 2025 года специалисты из Финляндии, Франции, Германии, Италии, Великобритании и Японии провели 45-дневный эксперимент по международной синхронизации оптических часов через спутниковую связь и оптоволокно — крупнейшее сравнение временных эталонов на сегодняшний день. Проект подтвердил работоспособность распределённой сети, но разработчикам предстоит решить ряд дополнительных задач для переопределения секунды.
К переопределению секунды
Парадокс заключается в том, что оптические часы точнее микроволновых, но вторые до сих пор задают определение секунды в системе СИ. Консультативный комитет по времени и частоте (CCTF) работает над пересмотром этого определения на основе оптических часов, и новый стандарт может быть введён в ближайшие пять лет. Переопределение секунды затронет телекоммуникации, энергетику, финансы, облачные расчёты, транспорт, космические исследования и фундаментальную физику.
Ещё более высокую точность обещают ядерные часы: переходы внутри ядра менее подвержены внешним полям. Для этого требуются редкие изотопы, например торий-229. Российские учёные из ВНИИФТРИ планируют представить прототип таких часов к 2030–2032 годам.
Читайте также
- Разметка сетевого трафика: что это, как работает и какие бывают классы
- Как менялся ландшафт DDoS-атак в 2025 году
- Media over QUIC — зачем развивают новый протокол для медиаконтента
- IPv6, Wi-Fi и безопасность: обзор беспроводных технологий и сетевой инфраструктуры
- Новые методы радиосигнальной детекции объектов: Wi-Fi Sensing
