Des scientifiques de l'Emergent Photonics Lab (EPic Lab) de l'Université du Sussex ont fait une percée dans un élément crucial d'une horloge atomique - des dispositifs qui pourraient réduire notre dépendance à l'égard de la cartographie par satellite à l'avenir - en utilisant une technologie de faisceau laser de pointe. Leur développement améliore grandement l'efficacité de la lancette (qui dans une horloge traditionnelle est chargée de compter), de 80 % - ce que les scientifiques du monde entier se sont efforcés d'atteindre.

Actuellement, le Royaume-Uni dépend des États-Unis et de l'UE pour la cartographie par satellite que beaucoup d'entre nous ont sur nos téléphones et dans nos voitures. Cela nous rend vulnérables non seulement aux caprices de la politique internationale, mais aussi à la disponibilité du signal satellite.

Le Dr Alessia Pasquazi de l'EPic Lab de la School of Mathematical and Physical Sciences de l'Université du Sussex explique la percée :"Avec une horloge atomique portable, une ambulance, par exemple, pourront toujours accéder à leur cartographie dans un tunnel, et un banlieusard pourra planifier son itinéraire dans le métro ou sans signal de téléphone portable à la campagne. Les horloges atomiques portables fonctionneraient sur une forme extrêmement précise de géo-cartographie, permettant d'accéder à votre position et à l'itinéraire planifié sans avoir besoin de signal satellite.

"Notre percée améliore l'efficacité de la partie de l'horloge responsable du comptage de 80%. Cela nous rapproche un peu plus de voir les horloges atomiques portables remplacer la cartographie par satellite, comme le GPS, ce qui pourrait arriver d'ici 20 ans. Cette technologie changera la vie quotidienne des gens et sera potentiellement applicable dans les voitures sans conducteur, drones et l'industrie aérospatiale. C'est excitant que ce développement se soit produit ici à Sussex."

Les horloges atomiques optiques sont au sommet des appareils de mesure du temps, perdre moins d'une seconde tous les dix milliards d'années. Actuellement cependant, ce sont des appareils massifs, pesant des centaines de kilogrammes. Afin d'avoir une fonction pratique optimale qui pourrait être utilisée par votre personne moyenne, leur taille doit être fortement réduite tout en conservant la précision et la vitesse des horloges à grande échelle.

Dans une horloge atomique optique, la référence (le pendule d'une horloge traditionnelle) est directement dérivée de la propriété quantique d'un seul atome confiné dans une chambre :c'est le champ électromagnétique d'un faisceau lumineux oscillant des centaines de milliards de fois par seconde. L'élément de comptage d'horloge requis pour fonctionner à cette vitesse est un peigne de fréquence optique - un laser hautement spécialisé émettant, simultanément, beaucoup de couleurs précises, régulièrement espacés en fréquence.

Les micro-peignes réduisent la dimension des peignes de fréquence en exploitant de minuscules dispositifs appelés microrésonateurs optiques. Ces appareils ont captivé l'imagination de la communauté scientifique mondiale au cours des dix dernières années, avec leur promesse de réaliser le plein potentiel des peignes de fréquence sous une forme compacte. Cependant, ce sont des appareils délicats, complexes à exploiter et ne répondent généralement pas aux exigences des horloges atomiques pratiques.

La percée à l'EPic Lab, détaillé dans un article publié aujourd'hui (lundi 11 mars) dans la revue, Photonique de la nature , est la démonstration d'un micro-peigne exceptionnellement efficace et robuste basé sur un type d'onde unique appelé « soliton à cavité laser ».

Le Dr Pasquazi poursuit :« Les solitons sont des ondes spéciales particulièrement résistantes aux perturbations. Les tsunamis, par exemple, sont des solitons d'eau. Ils peuvent voyager sans être perturbés sur des distances incroyables; après le tremblement de terre au Japon en 2011, certains d'entre eux ont même atteint la côte californienne.

« Au lieu d'utiliser de l'eau, dans nos expériences réalisées par le Dr Hualong Bao, nous utilisons des impulsions lumineuses, confiné dans une minuscule cavité sur une puce. Notre approche distinctive consiste à insérer la puce dans un laser à base de fibres optiques, le même utilisé pour fournir Internet dans nos maisons.

"Le soliton qui voyage dans cette combinaison a l'avantage d'exploiter pleinement les capacités des micro-cavités à générer de nombreuses couleurs, tout en offrant la robustesse et la polyvalence du contrôle des lasers pulsés. La prochaine étape consiste à transférer cette technologie basée sur des puces vers la technologie de la fibre, ce que nous sommes exceptionnellement bien placés à l'Université du Sussex pour réaliser. »

Le professeur Marco Peccianti de l'EPic Lab de l'Université du Sussex ajoute :« Nous nous dirigeons vers l'intégration de notre appareil avec celui de la référence atomique ultra-compacte (ou pendule) développée par le groupe de recherche du professeur Matthias Keller ici à l'Université du Sussex. ensemble, nous prévoyons de développer une horloge atomique portable qui pourrait révolutionner la façon dont nous comptons le temps à l'avenir.

"Notre développement représente un pas en avant significatif dans la production d'horloges atomiques pratiques et nous sommes extrêmement excités par nos projets, qui vont des partenariats avec l'industrie aérospatiale britannique, qui pourrait se concrétiser d'ici cinq ans, jusqu'à des horloges atomiques portables qui pourraient être logées dans votre téléphone et dans des voitures et des drones sans conducteur d'ici 20 ans."