El Instituto Nacional de Tecnología de la Información y las Comunicaciones (NICT) generó una señal en tiempo real de una escala de tiempo precisa mediante la combinación de un reloj de celosía óptica y un máser de hidrógeno. La señal generada en este sistema híbrido óptico-microondas continuó durante medio año sin interrupción. La unidad de un segundo resultante fue más precisa que la del Tiempo Universal Coordinado (UTC) en esa fecha, y el tiempo desviado en 0,8 nanosegundos en medio año en relación con TT (BIPM), donde TT (BIPM) es la escala de tiempo más precisa posprocesada por la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM). Esta demostración demuestra la capacidad de mantener el tiempo con respecto a la futura definición óptica del segundo, que puede realizarse en los próximos 10 años. Este logro fue publicado en una revista de acceso abierto. Informes científicos el 9 de marzo 2018.

Las horas estándar nacionales se mantienen para sincronizarse con UTC. Dado que la transición hiperfina de cesio define la longitud de la unidad de un segundo, Mantener relojes Cs precisos es sencillo para mantener el tiempo. Relojes ópticos, por otra parte, hizo un rápido progreso recientemente y alcanzó una incertidumbre mucho menos sistemática que la de los estándares de microondas. Sin embargo, nadie ha generado hasta ahora una señal en tiempo real de una escala de tiempo utilizando relojes ópticos porque todavía es difícil operar un reloj óptico de forma continua durante un mes o más.

Investigadores del Laboratorio de Estándares de Espacio-Tiempo de NTIC, incluyendo físicos atómicos y expertos en composición del tiempo, demostró una nueva técnica de generación de escalas de tiempo llamada escala de tiempo híbrida óptica-microondas, que combina un reloj de celosía óptica con un máser de hidrógeno (HM). El reloj de celosía de estroncio-87 funciona escasamente durante tres horas una vez a la semana. Esta operación calibra la frecuencia del HM, y las mediciones en los últimos 25 días les permiten predecir cómo cambiará la tasa de tictac de HM. Luego, por adelantado, pueden establecer el ajuste de la frecuencia HM en la semana siguiente para compensar la deriva de frecuencia prevista.

La escala de tiempo resultante se comparó con dos denominados "relojes de papel, "UTC y TT (BIPM). UTC a menudo se supervisa mediante los estándares de frecuencia de fuente Cs de última generación, que son operados por institutos nacionales de metrología, y el resultado se informa a BIPM. Una vez al año en enero, BIPM incorpora el resultado de estas calibraciones y además realiza correcciones a UTC anterior. Este es TT (BIPM) y es el "reloj de papel" más preciso. Como se muestra en la Fig.2, la diferencia de tiempo de la escala de tiempo óptica contra UTC se expandió a ocho nanosegundos en cinco meses, pero el contra TT (BIPM) se mantuvo en menos de 1 nanosegundo. Estos resultados indican que la escala de tiempo óptica es más precisa que UTC y es al menos comparable a TT (BIPM) en términos de precisión y estabilidad. UTC y TT (BIPM) son productos numéricos calculados en tiempo diferido mediante la cooperación de más de 400 relojes atómicos y fuentes Cs de última generación en todo el mundo. Por otra parte, la señal generada en NTIC es una señal real que marcó cada segundo durante los seis meses.

"Servimos a la sociedad proporcionando tiempo infinitamente sin interrupciones. El método híbrido óptico-microondas demostrado aquí aporta el beneficio de los estándares de frecuencia óptica al cronometraje". Tetsuya Ido, dijo el director del Laboratorio de Estándares de Espacio-Tiempo de NICT.

Otra cosa a tener en cuenta es el impacto en la futura redefinición del segundo SI, hacia lo que la comunidad de la metrología del tiempo y la frecuencia ha iniciado recientemente la discusión. El método híbrido logró evaluar la frecuencia media de un mes de UTC para los seis meses, y los resultados fueron consistentes con otras evaluaciones reportadas por las fuentes Cs de última generación. La capacidad de calibrar UTC sobre la base de relojes ópticos es uno de los requisitos previos para la futura redefinición.

NICT genera la hora estándar de Japón (JST). NICT tiene como objetivo aplicar este método híbrido al sistema de generación JST paso a paso. El siguiente paso sería establecer una redundancia de referencias de frecuencia óptica. Otro reloj de celosía óptica o relojes de un solo ión funcionarán. Pueden utilizar los de otros laboratorios conectándose a ellos mediante una red de fibra óptica o transferencia de frecuencia por satélite.

Tetsuya dice, "Se espera que los relojes ópticos de alta precisión sean sensores geodésicos para detectar la variación del entorno gravitacional. Estas aplicaciones exigen una referencia que se mantenga sin cambios. La escala de tiempo nacional de alta precisión y estabilidad puede desempeñar este papel que está disponible en 24 horas al día, 7 días a la semana como infraestructura. "