O Instituto Nacional de Tecnologia da Informação e Comunicação (NICT) gerou um sinal em tempo real de uma escala de tempo precisa, combinando um relógio de rede óptica e um maser de hidrogênio. O sinal gerado neste sistema híbrido óptico-microondas continuou por meio ano sem interrupção. A unidade de um segundo resultante era mais precisa do que a do Tempo Universal Coordenado (UTC) naquela data, e o tempo desviado em 0,8 nanossegundos em um semestre em relação ao TT (BIPM), onde TT (BIPM) é a escala de tempo mais precisa pós-processada pelo Bureau Internacional de Pesos e Medidas (BIPM). Esta demonstração prova a capacidade de manter o tempo no que diz respeito à futura definição óptica do segundo, que pode ser realizado nos próximos 10 anos. Esta conquista foi publicada em um jornal de acesso aberto Relatórios Científicos em 9 de março, 2018.

Os horários padrão nacionais são mantidos para serem sincronizados com o UTC. Uma vez que a transição hiperfina de césio define o comprimento da unidade de um segundo, manter relógios Cs precisos é simples de manter o tempo. Relógios ópticos, por outro lado, fez rápido progresso recentemente e atingiu muito menos incerteza sistemática do que os padrões de microondas. No entanto, ninguém até agora gerou um sinal em tempo real em uma escala de tempo usando relógios ópticos porque ainda é difícil operar um relógio óptico continuamente por um mês ou mais.

Pesquisadores do NICT Space-Time Standards Laboratory, incluindo físicos atômicos e especialistas em composição do tempo, demonstrou uma nova técnica de geração de escala de tempo chamada escala de tempo híbrido óptico de microondas, que combina um relógio de rede óptica com um maser de hidrogênio (HM). O relógio de rede de estrôncio 87 é operado esparsamente por três horas uma vez por semana. Esta operação calibra a frequência do HM, e as medições nos últimos 25 dias permitem que eles prevejam como a taxa de marcação do HM mudará. Então, antecipadamente, eles podem definir o ajuste da frequência HM na semana seguinte para compensar o desvio de frequência previsto.

A escala de tempo resultante foi comparada com dois chamados "relógios de papel, "UTC e TT (BIPM). O UTC é frequentemente monitorado pelos padrões de frequência de fonte Cs de última geração, que são operados por institutos nacionais de metrologia, e o resultado é reportado ao BIPM. Uma vez por ano em janeiro, O BIPM incorpora o resultado dessas calibrações e ainda faz correções para o UTC anterior. Este é TT (BIPM) e é o "relógio de papel" mais preciso. Conforme mostrado na Fig. 2, a diferença de tempo da escala de tempo óptica em relação ao UTC expandiu para oito nanossegundos em cinco meses, mas aquele contra TT (BIPM) permaneceu em menos de 1 nanossegundo. Esses resultados indicam que a escala de tempo óptica é mais precisa do que UTC e é pelo menos comparável ao TT (BIPM) em termos de precisão e estabilidade. UTC e TT (BIPM) são produtos numéricos calculados em tempo diferido pela cooperação de mais de 400 relógios atômicos e fontes Cs de última geração em todo o mundo. Por outro lado, o sinal gerado no NTIC é um sinal real que assinalou a cada segundo durante os seis meses.

"Servimos a sociedade fornecendo tempo infinitamente, sem interrupções. O método híbrido óptico-microondas demonstrado aqui traz o benefício dos padrões de frequência óptica para manter o tempo." Tetsuya Ido, disse o diretor do NICT Space-Time Standards Laboratory.

Outra coisa a se notar é o impacto sobre a futura redefinição do segundo SI, para o qual a comunidade de metrologia de tempo e frequência recentemente iniciou a discussão. O método híbrido conseguiu avaliar a frequência média de um mês de UTC para todos os seis meses, e os resultados foram consistentes com outras avaliações relatadas das fontes Cs de última geração. A capacidade de calibrar UTC com base em relógios ópticos é um dos pré-requisitos para a futura redefinição.

O NICT gera o Horário Padrão do Japão (JST). O NICT visa aplicar este método híbrido ao sistema de geração de JST passo a passo. A próxima etapa seria estabelecer uma redundância de referências de frequência óptica. Outro relógio de rede óptica ou relógios de íon único funcionarão. Eles podem utilizar aqueles em outros laboratórios conectando-se a eles por uma rede de fibra óptica ou transferência de frequência baseada em satélite.

Tetsuya diz, "Espera-se que relógios óticos de alta precisão sejam sensores geodésicos para detectar a variação do ambiente gravitacional. Tais aplicações exigem uma referência que permanece inalterada. A escala de tempo nacional altamente precisa e estável pode desempenhar esse papel que está disponível 24h / 7d como uma infraestrutura. "