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澳大利亞研究人員首次在海上測試了一種新型便攜式原子鐘。這項技術(shù)有望為下一代導(dǎo)航、通信和科學(xué)系統(tǒng)提供關(guān)鍵支撐。該研究由阿德萊德大學(xué)光子學(xué)與先進(jìn)傳感研究所團(tuán)隊完成，相關(guān)成果發(fā)表在最新一期《光學(xué)》期刊上。

原子鐘是目前世界上最精確的計時設(shè)備，是GPS導(dǎo)航、電信網(wǎng)絡(luò)和射電天文學(xué)等系統(tǒng)的基礎(chǔ)。然而，大多數(shù)高性能原子鐘需要在嚴(yán)格控制的實驗室環(huán)境中運(yùn)行，難以攜帶，也不適用于復(fù)雜多變的實際環(huán)境。新開發(fā)的設(shè)備有望改變這一局面。

該裝置基于激光冷卻鐿原子，通過測量特定原子躍遷頻率實現(xiàn)高精度計時。相比傳統(tǒng)原子鐘，其精度更高，同時具備可移動、可在非理想環(huán)境中運(yùn)行的特點。

為驗證性能，研究團(tuán)隊于2024年7月將該設(shè)備運(yùn)至澳大利亞皇家海軍提供的一艘艦船上，在海上連續(xù)運(yùn)行數(shù)天。結(jié)果顯示，在振動、晃動及溫度變化等復(fù)雜海洋環(huán)境中，該原子鐘仍保持與實驗室測試一致的高性能。據(jù)介紹，這是激光冷卻光學(xué)原子鐘首次在海上實現(xiàn)運(yùn)行驗證。

項目負(fù)責(zé)人、光子學(xué)與先進(jìn)傳感研究所首席創(chuàng)新官安德烈·盧滕表示，在艦船上測試原子鐘是一個重要里程碑。海洋環(huán)境中的振動、晃動以及溫度變化，與實驗室環(huán)境截然不同。能夠在這樣的條件下穩(wěn)定運(yùn)行，說明這項技術(shù)已經(jīng)具備走向?qū)嶋H應(yīng)用的能力。

由于應(yīng)用潛力巨大，便攜式原子鐘正受到全球關(guān)注。在導(dǎo)航領(lǐng)域，這類高精度時鐘可支持未來即使在衛(wèi)星信號受限或中斷情況下仍能工作的定位系統(tǒng)；在通信領(lǐng)域，可提升大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的同步能力；在射電天文學(xué)中，高精度計時有助于實現(xiàn)全球望遠(yuǎn)鏡觀測數(shù)據(jù)的精確協(xié)同。

目前，研究團(tuán)隊正進(jìn)一步優(yōu)化該技術(shù)，并計劃開展更多實地測試，以期在未來幾年內(nèi)推動超高精度便攜式原子鐘在科研、商業(yè)和國防等領(lǐng)域的應(yīng)用。