Как правило, в условиях нестабильности и геополитических конфликтов к достижениям науки и техники повышается интерес со стороны общества и государства. Сибирские учёные не потерялись в модном последнее время в нашей стране тренде на импортозамещение, и уже почти год занимаются созданием прототипа малогабаритных атомных часов, размером со спичечный коробок. Применяться такие приборы будут, в том числе, для военных целей.
Первые атомные часы появились в середине XX века. Сегодня их главные области применения – ориентация в пространстве и цифровая связь. Без таких достоверных приборов GPS-навигация осталась бы невозможной, интернет не был бы синхронизирован, а положение планет не определялось бы с нужной аккуратностью, необходимой для космических зондов и аппаратов. Часы на основе взаимодействия света с атомными переходами улучшили достоверность измерения времени в миллион раз по сравнению с астрономическими методами, используемыми ранее. На сегодняшний день самый точный хронометр такого типа теряет лишь одну секунду в пять миллиардов лет.
— У нас в Академгородке в Институте лазерной физики СО РАН есть довольно сильная теоретическая группа, которая ведёт исследования в области компактных квантовых стандартов частоты. Лидеры этого объединения — доктор физико-математических наук, преподаватель Новосибирского государственного университета и замдиректора по науке ИЛФ СО РАН Алексей Владимирович Тайченачев и доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией Валерий Иванович Юдин — убедили нас заняться этой тематикой, — объясняет младший научный сотрудник отдела лазерной физики и инновационных технологий НГУ Даба Александрович Раднатаров. — Мы построили лабораторную установку, ведём экспериментальные исследования, получили ряд новых результатов, которые вызвали интерес в мировом научном сообществе и были удостоены приглашённого доклада на престижной конференции Photonics West, проходившей в США в феврале этого года. На этом крупнейшем научном мероприятии по фотонике, в работе которого приняло участие более 20 тысяч специалистов со всего мира, наше выступление было единственным приглашённым сообщением из России.
Что такое атомные часы? По сути, это прецизионное устройство для измерения времени или высокоточный генератор, правда, существенно более стабильный, чем кварцевый.
— Развитие науки и техники сегодня предполагает, что современному миру просто необходимы такие аппараты. В первую очередь, чтобы повысить точность систем позиционирования: чем с большей достоверностью мы измеряем время, тем с большей адекватностью можем определять своё положение в пространстве, используя сигналы спутников GPS или ГЛОНАСС.
С 2013 года под руководством доктора физико-математических наук Сергея Михайловича Кобцева в НГУ ведутся активные исследования по проектированию таких устройств.
— Атомные часы для повсеместного использования — конечно, это интересно, в основном, для определения положения объекта в гражданских и военных приложениях. Ведь существующие приборы позволяют находить пространственное размещение с точностью до двух-трёх метров, а с атомными можно говорить о десятках сантиметров. Вторая отрасль, где их применяют — коммуникации. Чем с большей точностью мы определяем время, тем с большей чёткостью можем передавать данные. Это очень крупная область. Например, с помощью «измерителей» на основе атомов можно совершать защищённые приёмы связи, когда приёмник, передатчик и система глушения синхронизированы. То есть мы способны передавать данные в те моменты, когда у нас отключается «глушилка». Спецслужбам такое тоже интересно.
Учёный признаётся, его и коллег интересует создание именно коммерческого продукта. Поэтому сейчас наработки на основе атомов рубидия оттачиваются и воплощаются совместно с компанией-резидентом Академпарка «Техноскан» (малое научно-техническое предприятие при НГУ). А в подвале университета установлен лабораторный прототип таких часов. Это лишь часть атомных часов, а они сами пока размером с комнату В США был подобный проект: там создали часы размером со спичечную коробку, у которых уровень точности несколько выше, чем у кварцевых. По открытым данным, американская армия закупает для своих задач 20 подобных приборов в год. Каждый стоит около двух тысяч долларов. Наши учёные стараются сделать аналог более дешёвым.
— Сейчас в России сложилась ситуация, что пора и нам иметь такие часы. Ведь наличие этих устройств даёт технологическое превосходство: становятся доступными более прецизионные технологии, открываются пути к созданию более совершенных изобретений гражданского и военного назначения.
В новом 2016 году исследователи собираются представить прототип часов:
— Не столь важно, маленькие они получатся или большие, главное — отечественные, — уточняет учёный. — К сожалению, в нашей стране не производят ключевые элементы для подобных устройств. Например, полупроводниковые лазеры накачки с нужной длиной волны и узкой линией излучения можно найти с трудом, и только для научных экспериментов под заказ, но не для коммерческих целей. Вторая важная проблема — оптическая ячейка. Изготовление необходимых ячеек в промышленных масштабах также пока в России не освоено.
Сейчас новосибирские учёные сосредоточены на том, чтобы устранить такие загвоздки. Они придумывают технологию изготовления недостающих деталей и пытаются найти производства, где могли бы быть сделаны специальные мини-лазеры, необходимые для малогабаритных часов.
— Попутно занимаемся решением технических проблем: как имеющееся вместить в маленькую коробочку, чтобы это всё потребляло мало энергии, и при этом сохранялись высокие параметры, достигнутые на лабораторной установке,
— добавляет учёный.