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Atomuhren: Gleichtakt über Rekorddistanz

Ein chinesisches Forschungsteam hat zwei optische Atomuhren extrem präzise und kabellos miteinander verbunden. Dazu schickte es Laserlicht 113 Kilometer weit durch die Atmosphäre.
Eine Hand justiert einen optischen Aufbau an einem Lasertisch

Optische Atomuhren sind die leistungsfähigsten Zeitmesser der Welt und etwa 100-mal präziser als herkömmliche Atomuhren. Auf Letzteren basieren im Moment die koordinierte Weltzeit und die Defini­tion einer Sekunde. Diese soll etwa von 2030 an mit Hilfe optischer Uhren auf eine neue technologische Grundlage gestellt werden. Das dürfte ein entsprechend besseres Fundament für hochgenaue Zeitmessungen legen und für alles, was davon abhängt: von Finanz- und Kommunikations­systemen über Satellitennavigation bis zu diversen wissenschaftlichen Experimenten.

Auf dem Weg dorthin braucht es jedoch ein zuverlässiges Verfahren, mit dem sich die Takte von optischen Uhren abgleichen lassen, selbst wenn sie in Laboren auf verschiedenen Kontinenten stehen. Nur dann gibt es eine gemeinsame Referenz für die Daten, unabhängig davon, wo sie erhoben wurden. In der Praxis wird das erfordern, die Signale mittels Satelliten hin und her zu schicken. Auf dem Weg in den Weltraum und zurück müssen sie aber durch die Atmosphäre. Dort stört die Luft die Signale.

Dem Problem hat sich der Quantenphysiker Jian-Wei Pan von der Chinesischen Universität für Wissenschaft und Technik gewidmet. Seinem Team ist es gelungen, Laser­impulse zwischen 113 Kilometer voneinander entfernten Uhren zu übermitteln …

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  • Quellen

Shen, Q. et al.: Experimental simulation of time and frequency transfer via an optical satellite-ground link at 10–18 instability. Optica 8, 2021

Shen, Q. et al.: Free-space dissemina­tion of time and frequency with 10−19 instability over 113 km. Nature 610, 2022