Сегодня наиболее точные часы, которые можно купить, — атомные. Основное отличие оптических часов от их атомных предшественников заключается в использовании лазеров. Ученые создают очень точные часы, используя атомы с узкими переходами между энергетическими уровнями (обычно стронций или иттербий). Чтобы работать с этими атомами, они используют несколько лазеров. Атомы находятся в вакуумных камерах, в то время как лазеры помогают охладить и захватить их, а также блокировать нежелательные переходы и анализировать выбранный переход. Однако, чтобы лазеры работали правильно, нужно поддерживать их на определенных частотах, а их обслуживание требует постоянного контроля.
Чтобы создать менее точную, но более надежную и портативную версию оптических часов, команде Vector Atomic пришлось применить другой подход. Вместо того, чтобы проектировать оптическую систему вокруг атома, стартап разработал систему вокруг лазеров.
Наиболее надежные и долговечные лазеры используются в телекоммуникациях и промышленной обработке материалов. Благодаря десятилетиям коммерческих исследований и разработок эти лазеры стали компактными и стабильными. Команда выбрала подходящий им вид атомов — молекулярный йод. У этой молекулы есть удобные переходы для инфракрасного лазера с удвоенной частотой, который обычно используется при обработке материалов. Также была выбрана простая установка с паровой ячейкой, которая позволяет избежать необходимости охлаждения атомов до низких температур.
Результатом стали оптические часы под названием Evergreen объемом всего 30 литров. Для сравнения, их размер сопоставим с большим проигрывателем для пластинок. Хотя точность измерения времени Evergreen не достигает лабораторного уровня, она в 100 раз превосходит точность существующих атомных часов такого же размера. Эти часы соответствуют характеристикам водородных мазеров (устройств размером с холодильник), но при этом они значительно менее чувствительны к окружающему шуму.
Летом 2022 года прототип Evergreen провел три недели на борту корабля в море для испытаний. Все это время часы работали без какого-либо вмешательства. По возвращении команда проверила работу часов и обнаружила, что точность ухудшилась незначительно, несмотря на турбулентность и перепады температуры на борту корабля. Это был первый случай, когда оптические часы работали автономно, без вмешательства человека, в реальных условиях.
За счет размера и стабильности Evergreen можно внедрить в навигации, особенно когда сигналы GPS блокируются или подделываются. Эти часы могут быть полезны в центрах обработки данных и телекоммуникационных протоколах, а также для синхронизации сигналов от удаленных детекторов в научных исследованиях. Сегодня точность GPS составляет приблизительно три метра, но более точная синхронизация со спутниками позволит снизить эту погрешность до нескольких сантиметров или даже меньше. Это позволит автономным транспортным средствам оставаться на своей полосе, а дронам-доставщикам приземлиться хоть на балконе. Возможность разделить время на более мелкие части также обеспечит более высокую пропускную способность связи. В следующем десятилетии на рынке может появиться множество других типов оптических часов.
