Atomuhr im Smartphone und GPS 1000-mal präziser ⏱️

Eine technologische Innovation könnte die Präzision von Navigationssystemen revolutionieren. Ein winziges Gerät in Form eines Kamms verspricht eine bisher unerreichte Genauigkeit im Bereich der Positionsbestimmung.

Forscher haben einen Computerchip entwickelt, der nur 5 Millimeter breit ist und mit mikroskopisch kleinen Zähnen ausgestattet ist. Diese Technologie, genannt 'Microcomb Chip', könnte optische Atomuhren, die präzisesten Zeitmesser der Welt, so kompakt machen, dass sie im Alltag eingesetzt werden können.


Dieser Fortschritt könnte die Genauigkeit der derzeitigen GPS-Systeme um das Tausendfache erhöhen und so die Navigation von Smartphones, Drohnen und sogar die seismische Überwachung verbessern. Die Ergebnisse dieser Forschung wurden in Nature Photonics veröffentlicht.

Traditionelle Atomuhren, obwohl präzise, verwenden Mikrowellen, um die Zeit zu messen. Optische Atomuhren hingegen nutzen Laserlicht für eine noch größere Genauigkeit. Bisher hat ihre Komplexität sie jedoch auf Forschungsumgebungen beschränkt.

Der 'Microcomb Chip' fungiert als Brücke zwischen den hochfrequenten optischen Signalen und den Radiofrequenzen, die in modernen Navigationssystemen verwendet werden. Diese Technologie könnte es ermöglichen, optische Atomuhren zu miniaturisieren, ohne ihre außergewöhnliche Präzision zu verlieren.

Forscher vergleichen dieses System mit einem Satz Zahnräder, bei dem ein kleines, schnell rotierendes Zahnrad (die optische Frequenz) ein größeres, langsamer rotierendes Zahnrad (die Radiofrequenz) antreibt. Diese Analogie veranschaulicht, wie der Microcomb die ultraschnellen Schwingungen der Atome in ein stabiles Zeitsignal umwandelt.

Diese Innovation ebnet den Weg für die zukünftige Integration optischer Atomuhren in elektronische Verbrauchergeräte wie Smartphones und Computer. Fortschritte in Materialien und Fertigungstechniken könnten diese Technologie weiter verbessern.

Schließlich könnte diese Technologie Anwendungen weit über die Navigation hinaus haben, wie die Erkennung minimaler Veränderungen auf der Erdoberfläche, die für die Überwachung vulkanischer oder seismischer Aktivitäten nützlich sind.

Wie funktioniert eine optische Atomuhr?

Optische Atomuhren verwenden Laserlicht, um die Schwingungen von Atomen mit extremer Präzision zu messen. Im Gegensatz zu traditionellen Atomuhren, die Mikrowellen verwenden, können optische Uhren viel feinere Frequenzänderungen erkennen.

Diese Präzision ist auf die Natur des Laserlichts zurückzuführen, das es ermöglicht, die Energieübergänge der Atome bei viel höheren Frequenzen als Mikrowellen zu messen. Dadurch sind optische Atomuhren tausendmal präziser als ihre traditionellen Gegenstücke.

Die potenziellen Anwendungen dieser Technologie sind vielfältig und reichen von ultrapräziser Navigation bis zur Erkennung winziger Umweltveränderungen wie tektonischer Bewegungen oder Gravitationsschwankungen.

Trotz ihres Potenzials waren optische Atomuhren aufgrund ihrer Komplexität und Größe bisher auf Forschungslabore beschränkt. Jüngste technologische Fortschritte könnten dies jedoch bald ändern.

Was ist ein Microcomb Chip?

Der Microcomb Chip fungiert als Konverter, der die ultraschnellen Schwingungen der Atome in ein stabiles Zeitsignal umwandelt. Dies ermöglicht die Miniaturisierung von Zeitmesssystemen bei gleichbleibender außergewöhnlicher Präzision.

Diese Technologie ist besonders vielversprechend für die Integration in elektronische Verbrauchergeräte wie Smartphones und Computer. Sie könnte auch Anwendungen in Bereichen wie Umweltüberwachung und autonomer Navigation finden.

Forscher hoffen, dass zukünftige Fortschritte in Materialien und Fertigungstechniken diese Technologie noch kompakter und zugänglicher machen werden.