Une nouvelle puce informatique de type peigne pourrait être la clé pour équiper des drones, des smartphones et des véhicules autonomes avec une technologie de positionnement de qualité militaire qui était auparavant confinée aux agences spatiales et aux laboratoires de recherche.
Les scientifiques ont développé une « puce microcomb » – une puce d’ordinateur de 5 millimètres (0,2 pouces) de large équipée de minuscules dents comme celles d’un peigne – qui pourraient faire des horloges atomiques optiques, les pièces de chronométrage les plus précises de la planète, suffisamment pratiques pour une utilisation réelle.
Cela pourrait signifier des systèmes équipés de GPS mille fois plus précis que les meilleurs que nous ayons aujourd’hui, améliorant tout, des smartphones et de la navigation de drone à la surveillance sismique et aux enquêtes géologiques, ont déclaré les chercheurs déclaration. Ils ont publié leurs conclusions le 19 février dans la revue Photonique de la nature.
Et atome
« Les horloges atomiques d’aujourd’hui permettent aux systèmes GPS avec une précision de position de quelques mètres (où 1 mètre mesure 3,3 pieds). Avec une horloge atomique optique, vous pouvez obtenir une précision de quelques centimètres (où 1 centimètre est de 0,4 pouces) », a déclaré le co-auteur de l’étude Minghao qile professeur de génie électrique et informatique à l’Université Purdue, a déclaré dans le communiqué.
« Cela améliore l’autonomie des véhicules et tous les systèmes électroniques basés sur le positionnement. Une horloge atomique optique peut également détecter des changements minimaux de latitude à la surface de la Terre et peut être utilisé pour la surveillance, par exemple, l’activité volcanique. »
Il y a environ 400 précision horloges atomiques dans le monde, qui utilise les principes de mécanique quantique pour garder le temps.
Cela implique généralement d’utiliser des micro-ondes pour stimuler les atomes à se déplacer entre les états énergétiques. Ces changements, appelés oscillations, se produisent naturellement à un rythme extrêmement élevé, agissant comme une horloge de coche ultra-précise qui maintient le chronométrage précis pour dans un milliardième de seconde.
C’est pourquoi les horloges atomiques forment l’épine dorsale du temps universel coordonné (UTC) – qui est utilisé pour définir des fuseaux horaires mondiaux – et GPS (système de positionnement global) Les satellites, qui dépendent du chronomètre atomique pour fournir des données de positionnement aux voitures, aux smartphones et à d’autres appareils.
Malgré cette précision incroyable, les horloges atomiques traditionnelles sont beaucoup moins précises que les horloges atomiques optiques. Lorsque les horloges atomiques standard utilisent des fréquences micro-ondes pour exciter les atomes, les horloges atomiques optiques utilisent la lumière laser, ce qui leur permet de mesurer les vibrations atomiques à une échelle beaucoup plus fine – ce qui les rend des milliers de fois plus précis.
Jusqu’à présent, les horloges atomiques optiques ont été confinées dans des environnements scientifiques et de recherche extrêmement limités, tels que Goddard Space Flight Center de la NASA et le Institut national des normes et de la technologie (NIST). En effet, ils sont extrêmement complexes, les mettant bien hors de portée de votre fan standard de Casio.
Appuyant sur les dents d’un peigne
Les puces microcombiennes pourraient changer cela en combler l’écart entre les signaux optiques à haute fréquence (que les horloges atomiques optiques utilisent) et les fréquences radio utilisées dans les systèmes de navigation et de communication sur lesquels l’électronique moderne s’appuie.
« Comme les dents d’un peigne, une microcomb se compose d’un spectre de fréquences d’éclairage uniformément distribuées. Des horloges atomiques optiques peuvent être construites en verrouillant une dent de micrombombe à un laser à largeur de ligne ultra-raffine, qui à son tour se verrouille vers une transition atomique avec une stabilité extrêmement élevée de fréquences », a expliqué les chercheurs dans l’instruction.
Ils ont comparé le nouveau système à un ensemble de vitesses, où un petit engrenage rapide et rapide (la fréquence optique) entraîne un petit plus lent et plus lent (la radiofréquence). Tout comme les engrenages transfèrent le mouvement tout en réduisant la vitesse, la microcomb agit comme un convertisseur qui modifie les oscillations ultra-rapides d’atomes en un signal temporel stable que l’électronique peut traiter.
« De plus, la taille minimale de la microcomb permet de réduire considérablement le système d’horloge atomique tout en maintenant sa précision extraordinaire », co-auteur de l’étude Victor Torres Companya déclaré le professeur de photonique à Chalmers, dans le communiqué. « Nous espérons que les avancées futures dans les matériaux et les techniques de fabrication pourront rationaliser davantage la technologie, nous rapprochant d’un monde où le chronomètre ultra précis est une fonctionnalité standard de nos téléphones mobiles et ordinateurs. »
