JILA的物理学家和合作者展示了第一个下一代“时标” —该系统将来自多个原子钟的数据合并在一起，以产生单个高度精确的计时信号进行分配。JILA时标优于现有的最佳中心，可以在全球范围内传播官方时间，并可以为金融市场，计算机和电话网络等数百万客户提供更准确的时间。

　　新颖的时标架构结合了超可靠的高级原子钟和用于存储时间信号的超稳定设备，并且是《物理评论快报》中所述的 “全球时标升级的蓝图”。

　　JILA由美国国家标准技术研究院(NIST)和科罗拉多大学博尔德分校联合运营。

　　NIST / JILA研究员兼项目负责人Jun Jun说：“我认为，这种新的时标演示对于将来重新定义时间非常重要。”

　　在最近重新定义国际单位制(SI)的未更新的方式时间被测量。自1967年以来，第二时间的标准时间单位一直基于铯原子的性质。在未来几年，国际科学界有望重新定义第二时间，选择一个新原子作为标准原子钟和官方原子钟的基础。计时。

　　为了应对这种变化，研究人员需要升级系统以分配时间。

　　NIST运行着美国的民用时间标度，即一系列氢微波激射器(微波版本的激光器)，它们提供可靠的振荡信号，以维持与美国国际时间(协调世界时或UTC)相关的美国官方民用时间的稳定“滴答”。 )。两个基于铯标准的原子钟称为NIST-F1和NIST-F2，用于校准并确保时标的准确性。

　　像下一代原子钟一样，JILA的实验时标完全以光频率工作，该频率远比铯时间标准的微波频率高。光频率将时间分成较小的单位，因此可以提供更高的精度。

　　由于微波激射器的固有特性以及与将其与间歇性运行的实验时钟相连接所引起的波动，将最新的光学原子钟纳入较旧的微波时间标度的努力已受到长期稳定性的限制。

　　JILA团队通过优化更稳定的振荡器类型并严格控制工作条件(例如温度)来解决这些问题，从而可以按需定期运行其高度稳定且精确的锶晶格时钟。(本文在下图继续)。

　　振荡器是由激光束形成的，该激光束对准由硅单晶制成的空腔，在该空腔中，特定颜色或频率的激光像节拍器一样长时间规则地来回弹跳。这些设备已经存在多年了，但是JILA与德国国家计量学会Physikalisch-Technische Bundesanstalt(PTB)的长期合作提出了一种构建它们的新方法，从而大大提高了光的稳定性。最近，JILA团队通过使用超级抛光光学器件和改进的热控制等措施，进一步提高了其腔室的长期稳定性，该腔室长21厘米，并在124 K(负149.15 C)的低温下工作。

　　在JILA时标上，光频率梳(光的尺子)将稳定的光信号从该腔传递到另一个非常稳定的激光器，该激光器照射在时钟原子上，并使光的频率与其滴答声同步。将另外两个激光器稳定到独立的腔中。多个激光器和腔体可提供冗余，以防万一发生故障。

　　通过在大学校园内的JILA与一英里左右的NIST之间预先存在的地下光纤链路，将振荡器的稳定性与NIST微波时间尺度的稳定性进行了连续比较。经过一个月的测量，在微波时间范围内，光振荡器的频率稳定性始终超过微波激射器的频率稳定性。

　　实验结果表明，即使通过下一代原子钟校准了激射器，JILA时标体系结构也优于微波时标。该团队的分析表明，通过运行JILA光学时钟50%的时间，几个月后，全光学时标可以达到比标准微波时标(1×10 -17)好约10倍的稳定性水平平均。

　　另一个实际的优点是，可以使用常规的微波分析技术来预测振荡器的频率，从而使团队能够在运行34天后估算出仅48±94皮秒(万亿分之一秒)的定时误差。

　　计划进行其他技术升级，包括使时钟运行超过50%的时间的自动化。研究人员还计划使用地下光纤网络将光学时标信号合并到NIST时标中。

　　该论文的合著者包括NIST时间和频率分部以及PTB的研究人员。

　　这项工作得到了NIST，国防高级研究计划局，空军科学研究所，美国国家科学基金会，PTB和卓越集群(量子前沿)的支持。