实现在海上运行的小尺寸、高性能碘分子光钟

　　美国Vector Atomic公司的研究团队报导了彻底集成的碘份子光钟的开发以及海上测试。这些钟无需激光冷却或预波动腔，联合了小体积（35升）、高机能（精度比今朝舰船应用的近似巨细的原子钟高1000倍）以及对平台静止没有敏感的特色，合适正在挪动平台上操作。该研究解决了原子钟体系级的静态、寿命、自立性以及本钱问题，无望用于漫衍式相关传感以及长途量子收集时间同步。该结果于4月24日颁发正在《天然》杂志上。

　　© Nature研究论文以《海上的光学钟 (Optical clocks at sea)》为题颁发于《天然》杂志。

　　准确计时对保险高效的海上飞行相当重要。很多船只装备的商用原子钟用微波频次驱动原子。正在一种被称为光频梳的设备问世后，人们可以或许将原子的光频振荡转换为电子设备应用的微波频次，光学原子钟的波动性年夜年夜凌驾了最佳的微波原子钟。但因为光学原子钟的较年夜尺寸（凡是有餐桌那末年夜）以及对四周情况（平台挪动、温度、压力及磁场等的稳定）敏感，迄今惟独正在试验室前提下能力失常事情。研究团队开发了三个紧凑的碘光钟原型机，整合了份子碘频谱仪、光频梳以及节制电子设备，体积仅为35升。研究团队展示了他们的光钟原型机正在试验室情况以及顽劣的陆地船舶情况中都能坚持其机能。

　　正在海上测试以前，研究团队正在美国国度尺度与技能研究院（NIST）对光钟的机能举行了基准测试。正在34天的时间里，研究团队监测了原型光钟的频次输入。成果显示，正在较短的丈量距离（小于1000秒）内，他们的光钟比氢钟（hydrogen maser）更波动，而氢钟是一些最波动的贸易原子钟的根蒂根基。正在较长的时间标准上，研究团队的时钟正在频次漂浮方面的表示略优于NIST的其余原子钟。这象征着，颠末永劫间的事情后，尺寸绝对较小的碘光钟估计堆集的时间误差是与体积年夜患上多的氢钟是至关的。

　　随后，研究团队把测试过的两个光钟，和第三个更小的光钟带到夏威夷的一艘水师舰艇上持续测试了20天。只管船正在波浪上挪动时履历了伟大的加快度以及振动，但前两个光钟的机能与试验室中察看到的机能至关。第三个光钟的频次漂浮与另两个尺寸较年夜的光钟相似，但不到达不异的波动程度。

　　值患上注重的是，两个较年夜的光钟正在24小时内坚持了很好的时间波动性（毛病小于400皮秒）。是以，纵然航船掉去了一成天的内部计时源，也能够应用这些光钟将天天的时间误差坚持正在25亿分之一秒之内。

　　© Nature 便携性与机能之间的衡量。商用原子钟事情正在微波频段，其巨细以及机能各没有不异，运转正在更高光学频次的原子钟更波动，但因为其年夜尺寸以及对情况变迁的敏理性凡是仅限于试验室。研究团队开发了便携式的基于碘的光学原子钟，其尺寸以及机能使人印象粗浅。图中微波原子钟的时间误差是正在不情况变迁的假定下预计的。

　　研究团队的时钟的鲁棒性局部来自于碘份子的应用。论文的通信作者Martin Boyd表现，这类份子对温度稳定、磁场以及压力的敏感度比一些原子要低。虽然研究团队的光钟尚没有如最佳的试验室光学计时器，但其精度比今朝船上应用的近似巨细的原子钟高1000倍。

　　研究团队的这项事情代表了光学原子钟从试验室向实际世界过渡的要害一步，它们将可以撑持海上、空中以及天基体系。依附其高机能以及小尺寸，光学原子钟可以正在很多平台上撑持准确计时，加重对内部按时源（如GPS）的依赖。

　　将来便携式光学原子钟以至可以用于研究根蒂根基物理以及计量学，包含狭义绝对论验证以及年夜地丈量学的支撑。要是研究小组可以或许进一步放大时钟体积，将来搭载正在寰球导航卫星上，无望将定位辨别率从米普及到厘米。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07225-2

报导链接：

https://www.nature.com/articles/d41586-024-01022-7

https://www.nature.com/articles/d41586-024-01166-6