Un aumento en la eficiencia de un elemento crucial de los relojes atómicos puede acabar desplazando la tecnología de geolocalización por satélite, mediante el uso de tecnología de rayos láser.

Científicos en el Emergent Photonics Lab (EPic Lab) de la Universidad de Sussex han conseguido mejorar la exactitud de la lanceta –que en un reloj tradicional es responsable de medir el tiempo–, en un 80%, algo que los científicos de todo el mundo han estado compitiendo en lograr.

Aplicado a la geolocalización, este avance en la precisión supondría que los relojes atómicos superen en prestaciones a los sistemas de posicionamiento por satélite como GPS o Galileo.

La doctora Alessia Pasquazi, del Laboratorio EPic en la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Sussex, explica en qué medida: «Con un reloj atómico portátil, una ambulancia, por ejemplo, podrá acceder a su mapeo mientras se encuentra en un túnel, y un viajero podrá planificar su ruta en el metro o sin señal de teléfono móvil. Los relojes atómicos portátiles funcionarán en una forma extremadamente precisa de geo-mapeo, permitiendo el acceso a su ubicación y ruta planificada sin la necesidad de señal satelital.

«Nuestro avance mejora la eficiencia de la parte del reloj responsable de medir el tiempo en un 80%. Esto nos lleva un paso más cerca de ver relojes atómicos portátiles que reemplazan el mapeo satelital, como el GPS, algo que podría suceder dentro de 20 años. Esta tecnología cambiará la vida cotidiana de las personas, y es potencialmente aplicable en automóviles sin conductor, drones y la industria aeroespacial», detalla en un comunicado.

Los relojes atómicos ópticos están en la cima de los dispositivos de medición del tiempo, perdiendo menos de un segundo cada diez mil millones de años. Sin embargo, actualmente son dispositivos masivos que pesan cientos de kilos. Para tener una función práctica óptima que pueda ser utilizada por una persona promedio, su tamaño debe reducirse en gran medida mientras se mantiene la precisión y la velocidad de los relojes a gran escala.

En un reloj atómico óptico, la referencia (el péndulo en un reloj tradicional) se deriva directamente de la propiedad cuántica de un solo átomo confinado en una cámara: es el campo electromagnético de un haz de luz que oscila cientos de miles de millones de veces por segundo. El elemento de conteo de reloj requerido para trabajar a esta velocidad es un peine de frecuencia óptica: un láser altamente especializado que emite, al mismo tiempo, muchos colores precisos, con una frecuencia uniforme.

Los micro-peines reducen la dimensión de los peines de frecuencia al explotar pequeños dispositivos llamados microrresonadores ópticos. Estos dispositivos han capturado la imaginación de la comunidad científica en todo el mundo durante los últimos diez años, con la promesa de realizar todo el potencial de los peines de frecuencia en una forma compacta. Sin embargo, son dispositivos delicados, complejos de operar y, por lo general, no cumplen con el requisito de los relojes atómicos prácticos.

El avance en el Laboratorio EPic, detallado en un artículo publicado en Nature Photonics, es la demostración de un micro-peine excepcionalmente eficiente y robusto basado en un tipo de onda único llamado «solitón de cavidad láser» .

Pasquazi continúa: «Los solitones son ondas especiales que son particularmente robustas a la perturbación. Los tsunamis, por ejemplo, son solitones de agua. Pueden viajar sin moverse por increíbles distancias; después del terremoto de Japón en 2011, algunos incluso llegaron hasta la costa de California.

«En lugar de usar agua, en nuestros experimentos realizados por el doctor Hualong Bao, usamos pulsos de luz, confinados en una pequeña cavidad en un chip. Nuestro enfoque distintivo es insertar el chip en un láser basado en fibras ópticas, el mismo que se usa para llevar internet en nuestros hogares.

«El solitón que viaja en esta combinación tiene la ventaja de aprovechar al máximo las capacidades de las microcavidades de generar muchos colores, al tiempo que ofrece la robustez y la versatilidad del control de los láseres pulsados. El siguiente paso es transferir esta tecnología basada en chips a ‘tecnología de fibra'».

El profesor Marco Peccianti de la Universidad de Sussex EPic Lab agrega: «Estamos avanzando hacia la integración de nuestro dispositivo con el de la referencia atómica ultracompacta (o péndulo) desarrollado por el grupo de investigación del profesor Matthias Keller aquí en la Universidad de Sussex. Trabajando juntos, planeamos desarrollar un reloj atómico portátil que podría revolucionar la forma en que medimos el tiempo en el futuro.

Fuente: EP