L'Istituto nazionale di tecnologia dell'informazione e delle comunicazioni (NICT) ha generato un segnale in tempo reale su una scala temporale accurata combinando un orologio reticolare ottico e un maser a idrogeno. Il segnale generato in questo sistema ibrido ottico-microonde è proseguito per un semestre senza interruzioni. L'unità di un secondo risultante era più accurata di quella del Tempo Coordinato Universale (UTC) in quella data, e il tempo deviato di 0,8 nanosecondi in un semestre rispetto a TT(BIPM), dove TT(BIPM) è la scala temporale più accurata post-elaborata dall'International Bureau of Weights and Measures (BIPM). Questa dimostrazione dimostra la capacità di tenere il tempo rispetto alla futura definizione ottica del secondo, che potrebbe realizzarsi nei prossimi 10 anni. Questo risultato è stato pubblicato su una rivista ad accesso aperto Rapporti scientifici il 9 marzo 2018.

Gli orari standard nazionali vengono mantenuti per essere sincronizzati con l'UTC. Poiché la transizione iperfine del cesio definisce la lunghezza dell'unità di un secondo, mantenere accurati orologi Cs è semplice per tenere il tempo. orologi ottici, d'altra parte, ha fatto rapidi progressi di recente e ha raggiunto un'incertezza sistematica molto inferiore a quella degli standard per le microonde. Tuttavia, nessuno ha finora generato un segnale in tempo reale di una scala temporale utilizzando orologi ottici perché è ancora difficile far funzionare un orologio ottico ininterrottamente per un mese o più.

Ricercatori del Laboratorio di Standard Spazio-Tempo del NICT, compresi fisici atomici ed esperti di composizione del tempo, ha dimostrato una nuova tecnica di generazione della scala temporale chiamata scala temporale ibrida ottico-microonde, che combina un orologio reticolare ottico con un maser a idrogeno (HM). L'orologio a reticolo di stronzio-87 viene utilizzato scarsamente per tre ore una volta alla settimana. Questa operazione calibra la frequenza dell'HM, e le misurazioni negli ultimi 25 giorni consentono loro di prevedere come cambierà il tasso di ticchettio HM. Quindi, in anticipo, possono impostare la regolazione della frequenza HM nella settimana successiva per compensare la deriva di frequenza prevista.

La scala temporale risultante è stata confrontata con due cosiddetti "orologi di carta, " UTC e TT (BIPM). L'UTC è spesso monitorato dagli standard di frequenza della fontana Cs all'avanguardia, gestiti da istituti nazionali di metrologia, e il risultato viene segnalato al BIPM. Una volta all'anno a gennaio, BIPM incorpora il risultato di queste calibrazioni e apporta ulteriori correzioni all'UTC passato. Questo è TT(BIPM) ed è l'"orologio di carta" più accurato. Come mostrato in Fig. 2, la differenza di tempo della scala temporale ottica rispetto all'UTC si è estesa a otto nanosecondi in cinque mesi, ma quello contro TT(BIPM) è rimasto in meno di 1 nanosecondo. Questi risultati indicano che la scala temporale ottica è più accurata dell'UTC ed è almeno paragonabile a TT(BIPM) in termini di accuratezza e stabilità. UTC e TT (BIPM) sono prodotti numerici calcolati in tempo differito dalla cooperazione di oltre 400 orologi atomici e fontane Cs all'avanguardia in tutto il mondo. D'altra parte, il segnale generato in NICT è un segnale reale che ha ticchettato ogni secondo durante i sei mesi.

"Siamo al servizio della società fornendo tempo all'infinito senza interruzioni. Il metodo ibrido ottico-microonde dimostrato qui porta il vantaggio degli standard di frequenza ottica al mantenimento del tempo". Tetsuya Ido, ha detto il direttore del NCT Space-Time Standards Laboratory.

Un'altra cosa da notare è l'impatto sulla futura ridefinizione del secondo SI, verso il quale la comunità della metrologia del tempo e della frequenza ha recentemente avviato la discussione. Il metodo ibrido è riuscito a valutare la frequenza media di un mese dell'UTC per tutti i sei mesi, ei risultati erano coerenti con altre valutazioni riportate dalle fontane Cs all'avanguardia. La capacità di calibrare l'UTC sulla base di orologi ottici è uno dei prerequisiti per la futura ridefinizione.

NCT genera Japan Standard Time (JST). NCT mira ad applicare questo metodo ibrido al sistema di generazione JST passo dopo passo. Il prossimo passo sarebbe stabilire una ridondanza dei riferimenti di frequenza ottica. Un altro orologio a reticolo ottico o un orologio a ioni singolo funzionerà. Possono utilizzare quelli in altri laboratori collegandosi ad essi tramite una rete in fibra ottica o un trasferimento di frequenza basato su satellite.

Tetsuya dice, "Ci si aspetta che gli orologi ottici altamente precisi siano sensori geodetici per rilevare la variazione dell'ambiente gravitazionale. Tali applicazioni richiedono un riferimento che rimane invariato. Una scala temporale nazionale altamente accurata e stabile può svolgere questo ruolo che è disponibile 24 ore su 24, 7 giorni su 7 come infrastruttura. "