Новий чіп «мікрогребінець» наближає нас до надточних атомних годинників розміром з кінчик пальця

(Кредит зображення: Kaiyi Wu)

Новий комп'ютерний чіп, схожий на гребінець, може стати ключем до оснащення дронів, смартфонів та автономних транспортних засобів технологією позиціонування військового рівня, яка раніше була доступна лише космічними агентствами та дослідницькими лабораторіями.

Вчені розробили «мікрогребінчастий чіп» — комп’ютерний чіп шириною 5 міліметрів (0,2 дюйма), оснащений крихітними зубцями, схожими на зубці гребінця, — який може зробити оптичні атомні годинники, найточніші прилади для відліку часу на планеті, достатньо малими та практичними для використання в реальному світі.

Це може означати, що системи, оснащені GPS, будуть у тисячу разів точнішими за найкращі з тих, що ми маємо сьогодні, покращуючи все: від навігації смартфонів і дронів до сейсмічного моніторингу та геологічних досліджень, йдеться у заяві дослідників. Вони опублікували свої висновки 19 лютого в журналі Nature Photonics.

Вам може сподобатися

Секретний космічний літак X37-B випробує квантову навігаційну систему — вчені сподіваються, що одного разу вона замінить GPS
Лазер розміром з пенні може допомогти безпілотним автомобілям бачити світ набагато чіткіше
Вчені вперше використовують квантове машинне навчання для створення напівпровідників – і це може змінити спосіб виготовлення чіпів

Вгору та атом

«Сучасні атомні годинники дозволяють використовувати системи GPS з точністю визначення положення до кількох метрів [де 1 метр дорівнює 3,3 футам]. За допомогою оптичного атомного годинника можна досягти точності лише до кількох сантиметрів [де 1 сантиметр дорівнює 0,4 дюйма]», – йдеться у заяві співавтора дослідження Мінхао Ці, професора електротехніки та обчислювальної техніки в Університеті Пердью.

«Це покращує автономність транспортних засобів та всіх електронних систем, що базуються на позиціонуванні. Оптичний атомний годинник також може виявляти мінімальні зміни широти на поверхні Землі та може бути використаний для моніторингу, наприклад, вулканічної активності».

У світі існує приблизно 400 високоточних атомних годинників, які використовують принципи квантової механіки для відліку часу.

Зазвичай це передбачає використання мікрохвиль для стимулювання переходу атомів між енергетичними станами. Ці зрушення, які називаються коливаннями, відбуваються природним чином з надзвичайно високою частотою, діючи як надточний годинник, що цокає, який забезпечує точність відліку часу до мільярдної частки секунди.

Ось чому атомні годинники утворюють основу всесвітнього координованого часу (UTC), який використовується для встановлення глобальних часових поясів, та супутників GPS (глобальної системи позиціонування), які покладаються на атомний час для надання даних про місцезнаходження автомобілям, смартфонам та іншим пристроям.

Незважаючи на цю неймовірну точність, традиційні атомні годинники набагато менш точні, ніж оптичні атомні годинники. У той час як стандартні атомні годинники використовують мікрохвильові частоти для збудження атомів, оптичні атомні годинники використовують лазерне світло, що дозволяє їм вимірювати атомні коливання в набагато дрібнішому масштабі, що робить їх у тисячі разів точнішими.

Досі оптичні атомні годинники використовувалися лише у вкрай обмежених наукових та дослідницьких середовищах, таких як Центр космічних польотів імені Годдарда NASA та Національний інститут стандартів і технологій (NIST). Це пояснюється їхньою надзвичайною складністю, що робить їх недоступними для звичайного вентилятора Casio.

Постукування по зубцях гребінця

Мікрогребінчасті чіпи можуть змінити це, подолавши розрив між високочастотними оптичними сигналами (які використовують оптичні атомні годинники) та радіочастотами, що використовуються в навігаційних та комунікаційних системах, на яких базується сучасна електроніка.

«Як і зубці гребінця, мікрогребінець складається зі спектру рівномірно розподілених світлових частот. Оптичні атомні годинники можна створити, підключивши зубець мікрогребінця до лазера з надвузькою шириною лінії, який, у свою чергу, фіксується на атомному переході з надзвичайно високою стабільністю частоти», – пояснили дослідники у заяві.

ПОВ'ЯЗАНІ ІСТОРІЇ

—Нова навігаційна система використовує сигнали мобільного телефону для керування літаком у разі збою GPS

—Космічна система GPS, яка відстежує рух під землею, може змінити спосіб реагування на стихійні лиха

—Загубилися в космосі? Ось новий спосіб знайти дорогу додому

Вони порівняли нову систему з набором шестерень, де крихітна, швидко обертова шестерня (оптична частота) приводить у рух більшу, повільнішу шестерню (радіочастоту). Так само, як шестерні передають рух, зменшуючи швидкість, мікрогребінець діє як перетворювач, який перетворює надшвидкі коливання атомів на стабільний часовий сигнал, який може обробити електроніка.

«Більше того, мінімальний розмір мікрогребінця дозволяє значно зменшити атомну годинникову систему, зберігаючи при цьому її надзвичайну точність», – йдеться у заяві співавтора дослідження Віктора Торреса Компані, професора фотоніки в Чалмерсі. «Ми сподіваємося, що майбутні досягнення в матеріалах і технологіях виробництва зможуть ще більше вдосконалити технологію, наближаючи нас до світу, де надточний відлік часу є стандартною функцією наших мобільних телефонів і комп’ютерів».

ТЕМИ дронів

Оуен Хьюз

Оуен Г'юз — позаштатний письменник і редактор, що спеціалізується на даних і цифрових технологіях. Раніше він був старшим редактором у ZDNET, і Оуен пише про технології вже понад десять років, протягом яких він висвітлював усе: від штучного інтелекту, кібербезпеки та суперкомп'ютерів до мов програмування та ІТ у державному секторі. Оуена особливо цікавить перетин технологій, життя та роботи — на своїх попередніх посадах у ZDNET та TechRepublic він багато писав про бізнес-лідерство, цифрову трансформацію та динаміку віддаленої роботи, що розвивається.

Ви повинні підтвердити своє публічне ім'я, перш ніж коментувати

Будь ласка, вийдіть із системи, а потім увійдіть знову. Після цього вам буде запропоновано ввести своє ім'я для відображення.

Вийти Читати далі

Секретний космічний літак X37-B випробує квантову навігаційну систему — вчені сподіваються, що одного разу вона замінить GPS

Лазер розміром з пенні може допомогти безпілотним автомобілям бачити світ набагато чіткіше

Вчені вперше використовують квантове машинне навчання для створення напівпровідників – і це може змінити спосіб виготовлення чіпів

Мільйони кубітів на одному квантовому процесорі тепер можливі завдяки кріогенному прориву

Проривний квантовий комп'ютер може вирішувати проблеми у 200 разів швидше, ніж суперкомп'ютер

Квантові матеріали з «прихованим металевим станом» можуть зробити електроніку в 1000 разів швидшою.

Google перетворив 2 мільярди смартфонів на глобальну систему попередження про землетруси — тести показують, що вона така ж ефективна, як сейсмометри

Японія встановила новий рекорд швидкості інтернету — вона в 4 мільйони разів швидша за середню швидкість широкосмугового зв'язку в США

Ваші дані скомпрометовуються набагато швидше, ніж будь-коли раніше, але вам не потрібно сидіти склавши руки.

Новий «суперлазерний» підсилювач може зробити інтернет у 10 разів швидшим

Супутникове угруповання Starlink компанії SpaceX «під загрозою» з боку Росії та Китаю

«Фабрика пострілів на Місяць» від Google створює новий інтернет за допомогою чіпа розміром з ніготь, який пересилає дані по всьому світу за допомогою світлових променів.

«Я довіряю ШІ, як моряк довіряє морю. Він може занести вас далеко, або ж може втопити»: результати опитування показують, що більшість не довіряє ШІ

Всього одна доза ЛСД може полегшити тривогу на місяці, згідно з дослідженням

Вчені знайшли «щось надзвичайне» у проблемному серці відомої наднової

Вчені винайшли «спермоботів», яких вони пілотували через штучну шийку матки та матку

Наукові новини цього тижня: ключова атлантична течія наближається до колапсу, найбільший у світі айсберг руйнується, а мозок миші переписує нейронауку

Рибалки виявили в Карибському басейні першу у своєму роді яскраво-помаранчеву акулу з двома рідкісними захворюваннями ОСТАННІ СТАТТІ

Огляд 1Canon EOS R5 II

Вчені знайшли «щось надзвичайне» у проблемному серці відомої наднової

Розпечена «піщана батарея» 3A тепер опалює невелике фінське містечко

4 Чи існують альфа-самці насправді?

5 наукових новин цього тижня: ключова атлантична течія наближається до руйнування, найбільший у світі айсберг руйнується, а мозок миші переписує нейронауку

Live Science є частиною Future US Inc, міжнародної медіагрупи та провідного цифрового видавництва. Відвідайте наш корпоративний сайт.