L'Institut national des technologies de l'information et des communications (NICT) a généré un signal en temps réel d'une échelle de temps précise en combinant une horloge à réseau optique et un maser à hydrogène. Le signal généré dans ce système hybride optique-micro-ondes s'est poursuivi pendant six mois sans interruption. L'unité résultante d'une seconde était plus précise que celle du temps universel coordonné (UTC) à cette date, et le temps dévié de 0,8 nanosecondes en une demi-année par rapport au TT(BIPM), où TT(BIPM) est l'échelle de temps la plus précise post-traitée par le Bureau international des poids et mesures (BIPM). Cette démonstration prouve la capacité à garder le temps par rapport à la future définition optique de la seconde, qui pourrait être réalisé dans les 10 prochaines années. Cette réalisation a été publiée dans une revue en libre accès Rapports scientifiques le 9 mars 2018.

Les heures standard nationales sont maintenues pour être synchronisées avec l'UTC. Puisque la transition hyperfine au césium définit la longueur de l'unité d'une seconde, maintenir des horloges Cs précises est simple pour garder le temps. Horloges optiques, d'autre part, fait des progrès rapides récemment et atteint une incertitude beaucoup moins systématique que celle des étalons micro-ondes. Néanmoins, personne n'a jusqu'à présent généré un signal en temps réel d'une échelle de temps à l'aide d'horloges optiques car il est encore difficile de faire fonctionner une horloge optique en continu pendant un mois ou plus.

Chercheurs du Laboratoire d'étalonnage spatio-temporel des NTIC, y compris des physiciens atomiques et des experts en composition temporelle, a démontré une nouvelle technique de génération d'échelle de temps appelée échelle de temps hybride optique-micro-ondes, qui combine une horloge à réseau optique avec un maser à hydrogène (HM). L'horloge en treillis de strontium-87 est peu utilisée pendant trois heures une fois par semaine. Cette opération calibre la fréquence du HM, et les mesures au cours des 25 derniers jours leur permettent de prédire comment le taux de tic-tac HM changera. Puis, en avance, ils peuvent régler l'ajustement de la fréquence HM la semaine suivante pour compenser la dérive de fréquence prédite.

L'échelle de temps résultante a été comparée à deux soi-disant « horloges en papier, " UTC et TT (BIPM). UTC est souvent surveillé par les normes de fréquence de fontaine Cs de pointe, qui sont exploités par les instituts nationaux de métrologie, et le résultat est communiqué au BIPM. Une fois par an en janvier, Le BIPM incorpore le résultat de ces étalonnages et apporte des corrections supplémentaires à l'UTC passé. C'est le TT (BIPM) et c'est l'« horloge papier » la plus précise. Comme le montre la figure 2, la différence de temps de l'échelle de temps optique par rapport à UTC étendue à huit nanosecondes en cinq mois, mais celui contre TT(BIPM) est resté en moins de 1 nanoseconde. Ces résultats indiquent que l'échelle de temps optique est plus précise que l'UTC et est au moins comparable au TT(BIPM) en termes de précision et de stabilité. UTC et TT(BIPM) sont des produits numériques calculés en temps différé par la coopération de plus de 400 horloges atomiques et fontaines à Cs de pointe dans le monde entier. D'autre part, le signal généré dans les NTIC est un vrai signal qui a fait tic tac toutes les secondes pendant les six mois.

"Nous servons la société en fournissant du temps sans interruption, sans interruption. La méthode hybride optique-micro-ondes démontrée ici apporte l'avantage des normes de fréquence optique pour le chronométrage." Tetsuya Ido, a déclaré le directeur du NTIC Space-Time Standards Laboratory.

Une autre chose à noter est l'impact sur la future redéfinition de la seconde SI, vers laquelle la communauté de la métrologie du temps et de la fréquence a récemment entamé la discussion. La méthode hybride a réussi à évaluer la fréquence moyenne d'un mois de l'UTC pour tous les six mois, et les résultats étaient cohérents avec d'autres évaluations rapportées sur les fontaines Cs à la pointe de la technologie. La capacité de calibrer l'UTC à partir d'horloges optiques est l'un des prérequis de la future redéfinition.

NTIC génère l'heure standard du Japon (JST). Les NTIC visent à appliquer cette méthode hybride au système de génération JST étape par étape. La prochaine étape serait d'établir une redondance des références de fréquence optique. Une autre horloge à réseau optique ou des horloges à ion unique fonctionneront. Ils peuvent utiliser ceux d'autres laboratoires en s'y connectant par un réseau de fibres optiques ou un transfert de fréquence par satellite.

Tetsuya dit, « Les horloges optiques de haute précision devraient être des capteurs géodésiques pour détecter la variation de l'environnement gravitationnel. De telles applications exigent une référence qui reste inchangée. Une échelle de temps nationale très précise et stable peut jouer ce rôle qui est disponible en 24h/7j en tant qu'infrastructure. "