Los científicos del Laboratorio de Fotónica Emergente (Laboratorio EPic) de la Universidad de Sussex han logrado un gran avance en un elemento crucial de un reloj atómico, dispositivos que podrían reducir nuestra dependencia de la cartografía satelital en el futuro, utilizando tecnología de rayo láser de vanguardia. Su desarrollo mejora enormemente la eficiencia de la lanceta (que en un reloj tradicional se encarga de contar), en un 80%, algo que los científicos de todo el mundo se han apresurado a conseguir.

En la actualidad, el Reino Unido depende de los EE. UU. y la UE para la cartografía satelital que muchos de nosotros tenemos en nuestros teléfonos y automóviles. Eso nos hace vulnerables no solo a los caprichos de la política internacional, sino también a la disponibilidad de señal de satélite.

La Dra. Alessia Pasquazi del Laboratorio EPic de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Sussex explica el avance:"Con un reloj atómico portátil, una ambulancia, por ejemplo, podrá seguir accediendo a su mapeo mientras se encuentre en un túnel, y un viajero podrá planificar su ruta mientras se encuentre en el metro o sin señal de teléfono móvil en el campo. Los relojes atómicos portátiles funcionarían en una forma extremadamente precisa de mapeo geográfico, permitiendo el acceso a su ubicación y ruta planificada sin la necesidad de señal de satélite.

"Nuestro avance mejora la eficiencia de la parte del reloj responsable de contar en un 80%. Esto nos acerca un paso más a ver que los relojes atómicos portátiles reemplazan el mapeo satelital, como GPS, lo que podría suceder dentro de 20 años. Esta tecnología cambiará la vida cotidiana de las personas y será potencialmente aplicable en automóviles sin conductor. drones y la industria aeroespacial. Es emocionante que este desarrollo haya ocurrido aquí en Sussex ".

Los relojes atómicos ópticos están en la cima de los dispositivos de medición del tiempo, perdiendo menos de un segundo cada diez mil millones de años. Ciertamente, aunque son dispositivos masivos, pesando cientos de kilogramos. Para tener una función práctica óptima que pueda ser utilizada por una persona promedio, su tamaño debe reducirse considerablemente manteniendo la precisión y la velocidad de los relojes de gran escala.

En un reloj atómico óptico, la referencia (el péndulo en un reloj tradicional) se deriva directamente de la propiedad cuántica de un solo átomo confinado en una cámara:es el campo electromagnético de un haz de luz que oscila cientos de billones de veces por segundo. El elemento de conteo de reloj necesario para trabajar a esta velocidad es un peine de frecuencia óptica, un láser altamente especializado que emite, simultaneamente, muchos colores precisos, uniformemente espaciados en frecuencia.

Los micro-peines reducen la dimensión de los peines de frecuencia mediante la explotación de pequeños dispositivos llamados microrresonadores ópticos. Estos dispositivos han capturado la imaginación de la comunidad científica de todo el mundo durante los últimos diez años. con su promesa de aprovechar todo el potencial de los peines de frecuencia en una forma compacta. Sin embargo, son dispositivos delicados, complejos de operar y, por lo general, no cumplen con los requisitos de los relojes atómicos prácticos.

El gran avance en el EPic Lab, detallado en un artículo publicado hoy (lunes 11 de marzo) en la revista, Fotónica de la naturaleza , es la demostración de un micro-peine excepcionalmente eficiente y robusto basado en un tipo de onda único llamado 'solitón de cavidad láser'.

El Dr. Pasquazi continúa:"Los solitones son ondas especiales que son particularmente resistentes a las perturbaciones. Tsunamis, por ejemplo, son solitones de agua. Pueden viajar imperturbables a distancias increíbles; después del terremoto de Japón en 2011, algunos de ellos incluso llegaron hasta la costa de California.

"En lugar de usar agua, en nuestros experimentos realizados por el Dr. Hualong Bao, usamos pulsos de luz, confinado en una pequeña cavidad en un chip. Nuestro enfoque distintivo es insertar el chip en un láser basado en fibras ópticas, el mismo que se usa para entregar internet en nuestros hogares.

"El solitón que viaja en esta combinación tiene la ventaja de aprovechar al máximo las capacidades de las microcavidades de generar muchos colores, al mismo tiempo que ofrece la robustez y versatilidad del control de los láseres pulsados. El siguiente paso es transferir esta tecnología basada en chips a la tecnología de fibra, algo para lo que estamos excepcionalmente bien ubicados en la Universidad de Sussex ".

El profesor Marco Peccianti de la Universidad de Sussex EPic Lab añade:"Estamos avanzando hacia la integración de nuestro dispositivo con el de la referencia atómica ultracompacta (o péndulo) desarrollado por el grupo de investigación del profesor Matthias Keller aquí en la Universidad de Sussex. Trabajando juntos, Planeamos desarrollar un reloj atómico portátil que podría revolucionar la forma en que contamos el tiempo en el futuro.

"Nuestro desarrollo representa un importante paso adelante en la producción de relojes atómicos prácticos y estamos muy entusiasmados con nuestros planes, que van desde asociaciones con la industria aeroespacial del Reino Unido, que podría llegar a buen término en cinco años, hasta relojes atómicos portátiles que podrían instalarse en su teléfono y en automóviles sin conductor y drones en un plazo de 20 años ".