Атомные часы: скоро в мобильниках

Американские ученые разработали технологию, которая позволит кардинально уменьшить размеры и стоимость прецизионных атомных часов, что даст возможность широко использовать их в мобильных устройствах самого различного назначения.

Сверхточные атомные эталоны времени (атомные часы) нужны при решении самого широкого круга задач, однако в настоящее время они представляют собой крупногабаритные, дорогостоящие и потребляющие много энергии устройства. Их миниатюризация — важнейшая задача, решение которой позволит оснастить автономными эталонами времени, в частности, мобильные устройства. Это даст возможность повысить эффективность GPS-аппаратуры, создавать более устойчивые беспроводные сети передачи данных, использовать режимы сверхбыстрого переключения частот, и т.д.

Ученые из Национального института стандартов и технологии США (National Institute of Standard and Technology, NIST) смогли создать атомный эталон времени сверхмалых размеров на основе микроэлектромеханической технологии MEMS, сообщает журнал New Scientist. Их атомные часы размером на два порядка меньше современных, потребляют менее 0,075 Вт и обладают погрешностью не более одной секунды за 300 лет.

Исследовательской группе NIST под руководством Джона Китинга (John Kithing) удалось создать сверхкомпактный атомный эталон, использовав технологию так называемого «когерентного пленения популяций» (coherent population trapping, CPT), при которой для возбуждения атомов вместо обычно применяемого микроволнового излучения используется свет. Это позволило избавиться от больших микроволновых камер и сократить энергопотребление настолько, что стало возможным питать атомные часы от обычных пальчиковых батареек, а также обеспечить поточное производство компонентов атомных часов из стекла или кремниевых пластин. Атомные часы, обычно имеющие, как минимум, метр в высоту, удалось разместить в объеме 1,5х1,5х4 cм. По мнению разработчиков, законченный модуль, представляющий собой полнофункциональный атомный эталон времени, удастся разместить в объеме, не превышающем 1 куб. см.

Технология СРТ не нова — она известна уже более 20 лет, однако для ее внедрения ученым пришлось разработать методику промышленного производства микроскопических деталей атомных часов. По мнению Джона Китинга, открывается перспектива резкого снижения их стоимости. Правда, до коммерческого использования еще сравнительно далеко — необходимо разработать технологию промышленного производства микроэлектромеханических осцилляторов, электронику, а также научиться эффективно защищать часы от воздействия внешних магнитных полей.

Работу над проектом начиная с 2001 года финансировало агентство передовых оборонных исследований DARPA. Над созданием компактных атомных часов трудятся и другие коллективы. Атомные часы объемом всего в 40 куб. см. удалось создать ученым из отдела исследований военно-морского флота США. Компания Symmetricom разрабатывает прецизионные часы для систем GPS. Компания Kernco создала компактные атомные часы по заказу ВВС США. Над созданием атомных часов с использованием СРТ-технологии работает также Agilent Technologies.