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World File Search System原子钟
再次展开打造世界最小原子钟的竞赛
uan-Yu Jau 正在努力制造世界上最小的原子钟，一种可以极其精确地计时的设备。如果成功，他和他在桑迪亚的团队将制造出比方糖还小的原子钟。但他并不是唯一一个挑战微型钟表极限的人。去年，美国国防高级研究计划局向研究团队发出挑战，要求制造更小、更精确的时钟。Yuan-Yu 领导着从事这项工作的桑迪亚团队。Yuan-Yu 说：“他们希望所有东西的体积都在 1 立方厘米，目前还没有这种尺寸的原子钟。”他的核心设计甚至更小——长约 1 厘米，宽和高仅为 2 毫米，总体积为 0.04 立方厘米。DARPA 要求这些设备在一周后准确度在百万分之一秒以内。
用于板载时基的紧凑型冷原子钟
众所周知，全球导航卫星系统 (GNSS) 如全球定位系统 (GPS) 可以提供优于 40 纳秒的 UTC 同步。然而，只有配备校准接收机的静止平台才能达到这一极限。对于移动平台，GNSS 提供的时间基准受更多系统性因素影响，包括服务可用性和可靠性。此外，越来越多的平台需要高精度惯性导航，而 GNSS 并不是一个可选项。这类平台的例子有潜艇和深空任务。最后但并非最不重要的是，高度可靠和精确的时间基准可用于升级 GNSS 星座卫星上的现有设施。自主时间基准生成的关键因素是振荡器，它可以提供固有的高稳定性（一年 1 μ s 或 3 × 10 − 14 的相对不稳定性 [ 1 ]）。目前，只有氢原子钟才能达到这种性能，氢原子钟确实已经小型化，并构成了伽利略欧洲全球导航卫星系统卫星上的主要时基生成。目前，冷原子原子钟在全球多家计量机构中实现了最精确的主频率标准 [ 2 ]，并且由于 PHARAO 时钟 [ 3 ]，它还将出现在国际空间站上。尽管取得了这些巨大的成就，但还没有一种机载冷原子钟能够实现类似的性能
太空中囚禁离子原子钟的演示
原子和离子的捕获和冷却方法对原子钟产生了革命性的影响，因为它们可以减少甚至消除主要的系统频率偏移 [1]、[2]、[3]。捕获原子/离子光学钟的性能比其前代产品提高了几个数量级，并已成为国家计量实验室研究项目的关键组成部分 [4]、[5]。基于捕获离子的连续运行原子钟已经存在了几十年，但迄今为止仅限于地面应用 [6]。本文介绍了 NASA 的深空原子钟 (DSAC)，它于 2019 年发射，成为第一台在太空中运行的捕获离子原子钟 [7]。DSAC 的设计不包括低温技术、灵敏的微波腔或激光器。相反，它在接近室温的温度下运行，使用简单的行波微波元件，并使用等离子体放电深紫外光源。这些元件都具有很高的成熟度和强大的可操作性，使其能够发射到太空并在太空中运行。在地面上，DSAC 展示了 1.5x10 -13 /t 1/2 的短期分数频率稳定度 [8]。在太空中，它运行了 2 年，实现了每秒 1.5x10 -13 的分数频率稳定度，超过一天的平均时间的长期稳定性为 3x10 -15，23 天内的时间偏差仅为 4 纳秒（未消除漂移），估计漂移为每天 3.0(0.7)x10 -16。在目前使用的最稳定的空间时钟中，每个时钟都建立了至少一个数量级的新空间时钟性能标准 [9]，[10]，[11]。由于对辐射、温度和磁场变化的敏感度低，DSAC 时钟也适用于太空环境。预计这种级别的空间时钟性能将实现单向导航，即在现场测量信号延迟时间，从而实现近实时深空探测器导航 [12 ] 。在本文中，我们将描述 DSAC 在太空中的性能及其环境敏感性、该技术的主要应用以及未来发展方向。
在芯片上集成了多光束生成和原子钟包装的平面光子学
摘要原子技术的商业化需要用紧凑和可制造的光学平台代替实验室规模的激光设置。可以通过集成的光子学和元图光学的组合在芯片上生成自由空间的复杂布置。在这项工作中，我们使用平流芯片键合将这两种技术结合在一起，并展示了一种集成的光学体系结构，以实现紧凑的跨原子钟。我们的平面设计包括两个共对准的磁磁陷阱中的十二个光束。这些梁位于芯片上方，在中央位置与直径高达1厘米的中心位置相交。我们的设计还包括两个在晶格和时钟波长的联合传播光束。这些梁在共线和垂直方向发射以探测磁陷阱的中心，在那里它们的直径为≈100µm。使用这些设备，我们证明了我们的集成光子平台可扩展到任意数量的光束，每个光束具有不同的波长，几何形状和极化。
原子钟及其应用的全面概述
抽象时间无处不在，并且是我们日常生活不可或缺的一部分。时间间隔的精确度量是人类依赖的各种活动的基础，例如使用卫星导航，电信，航空，国际时间的定义，使用定位，军事申请的次要申请等准确定位等。原子钟提出了精确的时间测量的核心，因此使定位，导航以及我们直接或其他方式依赖的时间和频率相关技术。本文详细概述了时间测量的历史和朝向原子时钟的演变。它广泛涵盖了从实验室时钟到微型商业时钟的各种类型的原子时钟以及关注微波原子时钟（或频率标准）的关键应用。此外，各个国家 /地区在全球范围内运行的卫星导航系统以及用于此类导航系统的时钟类型被简要介绍，重点是Rubidium Atomic频率标准和其他空间时钟。
期刊演讲：光学原子钟
○ Meyer, V. 等人。利用捕获离子进行纠缠增强旋转角度估计的实验演示。Phys. Rev. Lett. 86, 5870–5873 ( 2001 )。○ Pedrozo-Peñafiel, E. 等人。光学原子钟跃迁中的纠缠。Nature 588, 414–418 ( 2020 )。
地球轨道空间站 (OACESS) 上的光学原子钟：增强太空中超越标准模型的物理学研究
1 柏林洪堡大学，Newtonstr。 15，12489 柏林，德国 2 亥姆霍兹研究所美因茨约翰内斯古腾堡大学美因茨分校，55128 美因茨，德国 3 加州大学伯克利分校物理系，94720-7300，美国 4 新南威尔士大学物理学院，悉尼 2052，澳大利亚 5 斯坦福大学 HEPL 物理系，452 Lomita Mall，斯坦福，加利福尼亚州 94305，美国 6 Atomic Developers，2501 Buffalo Gap Rd #5933，阿比林，德克萨斯州 79605，美国 7 威斯康星大学麦迪逊分校物理系，麦迪逊，WI 53706，美国 8 国家标准与技术研究所，博尔德，科罗拉多州 80305，美国宇宙数学（WPI），东京大学高等研究院，东京大学，柏，千叶 277-8583，日本 10 悉尼大学物理学院，新南威尔士州 2006，澳大利亚 11 JILA，国家标准与技术研究所和科罗拉多大学，科罗拉多大学博尔德分校物理系，科罗拉多州 80309-0440，美国 12 加州理工学院喷气推进实验室，帕萨迪纳，加利福尼亚州 91109，美国 ∗ 任何通讯作者请致函。
纠缠光学原子钟的基本量子网络
光学原子钟是我们测量时间和频率的最精确的工具 1 – 3 。通过在不同位置的时钟之间进行精确的频率比较，人们可以探测基本常数的时空变化 4、5 和暗物质的性质 6、7 ，进行大地测量 8 – 10 ，并评估系统时钟偏移。对独立系统的测量受到标准量子极限 (SQL) 的限制；对纠缠系统的测量可以超越 SQL，达到量子理论允许的极限精度——海森堡极限。虽然局部纠缠操作已经在微观距离上证明了这种增强 11 – 16 ，但远程原子钟之间的比较需要在没有内在相互作用的系统之间快速产生高保真度纠缠。使用光子链路 17 , 18，我们将两个相距宏观距离 19（≈ 2 米）的 88 Sr + 离子纠缠在一起，以展示第一个纠缠光钟的量子网络。对于离子之间的频率比较，我们发现纠缠将测量不确定性降低了近 √
对新型原子钟进行扭曲-Jila
通过研究中性和离子气体的反应，Lewandowski组及其合作者了解到，分子的形状在化学反应途径和反应的最终产物中显着差异。图片来源：Lewandowski Group/Jila
用作高度计的移动原子钟
英国计量研究所操作该时钟并通过 150 公里的玻璃光纤链路将其频率传输到位于都灵的意大利国家计量研究所 INRIM，在那里使用第二台原子钟测量锶钟的频率。在 INRIM 对两个时钟进行第二次（后续）比较后，可以通过 LSM 和 INRIM 之间的高度差（约 1000 米）确定锶钟的频率变化。相对频率变化约为然后观察到 1 · 10 –13。通过将频率变化乘以光速的平方，可以得到潜在的电位变化。汉诺威大学此前已利用传统的测地线测量方法测定了重力势能的确切差异。两次测量的结果一致。