США, Германия, Франция, Япония, Китай, Индия и другие ведущие страны наперегонки разрабатывают подобные стандарты частоты, так как их внедрение в информационных технологиях, навигации, связи и транспорте означает огромный рывок в экономике. Работы над развитием атомных часов в рамках проектов Росстандарта позволят повысить точность спутниковых систем навигации с двух-пяти метров до нескольких сантиметров, а без этого разработки в области беспилотного транспорта теряют смысл. Установка таких часов в обычные компьютеры позволит создавать распределенные системы, не уступающие по своей мощности самым дорогим суперкомпьютерам: в них с безупречной точностью будет синхронизировано между собой решение миллионов подзадач для выполнения одной большой задачи. А для обычного пользователя это означает на порядки более быстрый Интернет.
Миниатюрное устройство разработали во Всероссийском НИИ физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ) Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт). Институт известен тем, что именно он отвечает за точное время в нашей стране. Руководителю проекта по созданию малогабаритного рубидиевого стандарта –доктору физико-математических наук Виталию Пальчикову – довелось работать за рубежом с несколькими лауреатами Нобелевской премии в области разработки сверхстабильных стандартов частоты.
Миниатюрные атомные часы означают переворот в экономике: на них основаны навигация для беспилотников, суперкомпьютеры и сверхбыстрый Интернет В повседневной жизни мы постоянно используем такие стандарты частоты, которые синхронизируют между собой множество элементов в системах связи и навигации. Без них рассыплются мобильные сети, перестанет работать GPS и ГЛОНАСС, остановится передача данных по волоконно-оптическим линиям связи, по которым идет трафик Интернета.
Рубидиевый стандарт на два порядка повышает точность синхронизации, открывая тем самым принципиально новые возможности. В его основе – тот же колебательный процесс, что и у маятниковых или кварцевых часов, только колебания обеспечивает атом – один из самых точных естественных «хронометров» во Вселенной. Атомные часы заменят кварцевые в массовых устройствах, как только будут решены две задачи – их объём доведён до одного-двух кубических сантиметров, а стоимость – до ста долларов.
Как сообщает сайт Росстандарта, объём атомных часов сегодня составляет 15-20 кубических сантиметров, но следующее поколение будет еще меньше (2 кубических сантиметра), а также еще точнее – за счёт применения технологии лазерного охлаждения. Корреспондент «Российской газеты» стал одним из первых, кто увидел практически готовое изделие. В этом году ВНИИ ФТРИ планирует приступить к опытно-конструкторским работам, малосерийное производство можно будет начать через два-три года, – рассказал «Российской газете» генеральный директор института Сергей Донченко.
В устройстве применяется очень сложная, новая элементная база и полупроводниковый лазер с узкой спектральной линией, четко настроенной на квантовый переход рубидия. Часть деталей изготавливается на 3D-принтере. Испытания показывают, что квантовые часы устойчивы к удару, способны работать при больших нагрузках и ускорениях. При этом в разных точках небольшого объема поддерживается разная температура, отличающаяся на десятки градусов.
100 тысяч раз – на столько рубидиевый стандарт частоты точнее самых продвинутых кварцевых часов. Измерение точного времени имеет множество прикладных применений. На этом строится не только навигация и спутниковая связь, но и безопасность атомных объектов, геодезия и разведка полезных ископаемых. «Внедрение малогабаритного квантового стандарта частоты особенно актуально в системах, критичных к массе и габаритам, – рассказал «Российской газете» заместитель руководителя Росстандарта Сергей Голубев. – Речь идет о беспилотных летательных аппаратах, переносных и мобильных системах различного назначения, измерительной аппаратуре, использующей кварцевые генераторы».
