Tieteelliset ja teknologiset uutiset

Atomikello älypuhelimessasi ja 1000 kertaa tarkempi GPS ⏱️

Teknologinen innovaatio voisi mullistaa navigointijärjestelmien tarkkuuden. Pieni laite, joka muistuttaa kampaa, lupaa tuoda ennennäkemätöntä tarkkuutta paikannusalalle.

Tutkijat ovat kehittäneet vain 5 millimetriä leveän sirun, jossa on mikroskooppisia hampaita. Tätä teknologiaa, jota kutsutaan 'microcomb chip' -siruksi, voitaisiin käyttää atomikellojen optimoimiseen, jotka ovat maailman tarkimpia aikamittareita, ja tehdä niistä tarpeeksi kompakteja päivittäiseen käyttöön.

Luotto: Kaiyi Wu

Tämä edistysaskel voisi tuhatkertaistaa nykyisten GPS-järjestelmien tarkkuuden, parantaen älypuhelimien, dronejen ja jopa seismisen valvonnan navigointia. Tämän tutkimuksen tulokset on julkaistu lehdessä Nature Photonics.

Perinteiset atomikellot, vaikka ne ovatkin tarkkoja, käyttävät mikroaaltosignaaleja ajan mittaamiseen. Sen sijaan optiset atomikellot hyödyntävät laservaloa vielä suuremman tarkkuuden saavuttamiseksi. Kuitenkin niiden monimutkaisuus on rajoittanut niiden käyttöä toistaiseksi vain tutkimusympäristöihin.

'Microcomb chip' toimii sillan tavoin korkean taajuuden optisten signaalien ja nykyaikaisten navigointijärjestelmien käyttämien radiotaajuuksien välillä. Tämä teknologia voisi mahdollistaa optisten atomikellojen pienentämisen samalla, kun niiden poikkeuksellinen tarkkuus säilyy.

Tutkijat vertaavat tätä järjestelmää hammasrattaiden kokonaisuuteen, jossa nopeasti pyörivä pieni rataskin (optinen taajuus) saa aikaan hitaammin pyörivän suuremman rattaan (radiotaajuus). Tämä vertaus havainnollistaa, kuinka microcomb muuntaa atomien ultra-nopeat värähtelyt vakaaksi aikamerkiksi.

Tämä innovaatio avaa ovia optisten atomikellojen tulevalle integroinnille kuluttajaelektroniikkaan, kuten älypuhelimiin ja tietokoneisiin. Materiaalien ja valmistustekniikoiden edistysaskeleet voisivat edelleen parantaa tätä teknologiaa.

Lopuksi tämä teknologia voisi löytää sovelluksia paljon laajemmalla alueella kuin navigointi, kuten maapallon pinnan pienimpien muutosten havaitsemisessa, mikä on hyödyllistä tulivuoritoiminnan tai seismisten tapahtumien valvonnassa.

Kuinka optinen atomikello toimii?


Optiset atomikellot käyttävät laservaloa atomien värähtelyjen mittaamiseen äärimmäisellä tarkkuudella. Toisin kuin perinteiset atomikellot, jotka käyttävät mikroaaltosignaaleja, optiset kellot voivat havaita paljon hienovaraisempia taajuusmuutoksia.

Tämä tarkkuus johtuu laservalon luonteesta, joka mahdollistaa atomien energiatilojen siirtymien mittaamisen paljon korkeammilla taajuuksilla kuin mikroaallot. Tämä tekee optisista atomikelloista tuhansia kertoja tarkempia kuin niiden perinteiset vastineet.

Tämän teknologian mahdolliset sovellukset ovat laajat, ulottuen ultra-tarkasta navigoinnista ympäristön hienovaraisiin muutoksiin, kuten tektonisiin liikkeisiin tai painovoiman vaihteluihin.

Huolimatta potentiaalistaan optiset atomikellot ovat pysyneet rajoitettuna tutkimuslaboratorioihin niiden monimutkaisuuden ja koon vuoksi. Kuitenkin viimeaikaiset teknologiset edistysaskeleet voisivat pian muuttaa tämän tilanteen.

Mikä on microcomb chip?


Microcomb chip toimii muuntimena, joka muuttaa atomien ultra-nopeat värähtelyt vakaaksi aikamerkiksi. Tämä mahdollistaa aikamittausjärjestelmien pienentämisen samalla, kun niiden poikkeuksellinen tarkkuus säilyy.

Tämä teknologia on erityisen lupaava kuluttajaelektroniikassa, kuten älypuhelimissa ja tietokoneissa. Sillä voisi olla myös sovelluksia ympäristön valvonnassa ja autonomisessa navigoinnissa.

Tutkijat toivovat, että tulevat edistysaskeleet materiaaleissa ja valmistustekniikoissa tekevät tästä teknologiasta vielä kompaktimman ja helpommin saatavilla olevan.