EO

Bouwen aan de kleinste kwantumklok ooit

31 oktober 2018 om 09:18 uur

Een ultrakoude wolk van strontiumatomen wordt gevangen in een vacuümkamer, omgeven door elektromagneten en optica voor laserkoeling.

IqClock, een Europees consortium geleid door UvA-natuurkundige Florian Schreck, gaat klokken bouwen op basis van de nieuwste ontwikkelingen in de kwantummechanica. De optische atoomklokken zullen ongekend precies zijn en klein genoeg om gemakkelijk te vervoeren. Zo komen tal van technologische en wetenschappelijke vernieuwingen binnen handbereik, bijvoorbeeld voor de manier waarop geologen de aarde meten.


Het consortium, waarin kennis uit de wetenschap en het bedrijfsleven samenkomt, krijgt hiertoe 10 miljoen euro uit het Quantum Flagship-programma van de Europese Unie.

 

Tijdmeting verbeteren

Het iqClock-programma is het geesteskind van natuurkundigen Florian Schreck van de UvA en Yeshpal Singh van de University of Birmingham. Zij streven een gezamenlijk doel na: het verbeteren en vereenvoudigen van de meting van de tijd. In sommige laboratoria staan al ultra-nauwkeurige klokken, zogeheten optische atoomklokken. Dit zijn de nauwkeurigste wetenschappelijke instrumenten tot dusver. Als ze gedurende de hele levensduur van het heelal zouden lopen (zo'n veertien miljard jaar), zouden ze maar een seconde verkeerd lopen. Maar hoe mooi zulke klokken ook zijn, ze hebben twee grote nadelen: ze zijn extreem moeilijk om te maken en ze zijn enorm groot, zwaar en niet erg stevig.

 

Eenvoudiger en kleiner

Hoe kunnen optische atoomklokken vereenvoudigd worden? "De huidige optische klokken gebruiken trillingen van atomen om een heel nauwkeurige frequentie vast te leggen waarmee de klok tikt", vertelt Schreck. "Die frequentie wordt overgebracht op een optische laser. Vandaar de naam optische klok. De fijnafstemming van de laserfrequentie op die van de atomen is niet eenvoudig, maar we hebben hier in Amsterdam een manier ontdekt om dit idee eenvoudiger te implementeren, door de trillende atomen zelf de laserstraal te laten vormen. Deze constructie staat bekend als de superradiante laser. Het tweeledige gebruik van dezelfde atomen moet het veel makkelijker maken om optische atoomklokken te bouwen, aangezien de atomen licht produceren dat niet alleen heel stabiel is, maar ook automatisch de juiste frequentie heeft."


Dit idee zou de optisch klok vereenvoudigen, maar de eerste superradiante klok moet nog gebouwd worden. De belangrijkste bouwsteen, een continue bron van ultrakoude strontiumatomen, slechts een paar miljoensten van een graad boven het absolute nulpunt, werd onlangs echter door Schreck en zijn team geproduceerd. Rond dezelfde tijd kwam Singh met het initiatief om optische atoomklokken voor het bedrijfsleven te bouwen en daarbij de problemen rond de grootte en kwetsbaarheid van de bestaande klokken te verhelpen. Hierop besloten Schreck en Singh de handen ineen te slaan en andere partners met dezelfde doelstellingen bijeen te brengen in het iqClock-consortium.

 

Revolutionaire veranderingen

Het uiteindelijke doel is om de technologie van optische klokken volledig transporteerbaar te maken, zodat die tegen het eind van het tienjarige programma gebruikt kan worden in bijvoorbeeld satellieten. Schreck: "Zo kan straks de nauwkeurigheid van navigatiesystemen verbeterd worden tot enkele centimeters, waarmee de manier waarop bijvoorbeeld geologen de aarde meten revolutionair zal veranderen. Maar we kunnen ook omhoogkijken in plaats van omlaag: in de astronomie worden atoomklokken gebruikt om telescopen over de hele planeet te synchroniseren tot een effectieve telescoop die zo groot is als de aarde zelf. Vervoerbare optische klokken zijn ook geweldige instrumenten om zwaartekrachtgolven mee te meten, met behulp van gesynchroniseerde satellieten die zich vele duizenden kilometers van elkaar af bevinden. Supernauwkeurige klokken zullen dus de manier waarop we naar onze planeet en het heelal kijken voor altijd veranderen."

 

Een meer praktische toepassing ligt in de synchronisatie van telecommunicatienetwerken, waardoor die netwerken veel beter kunnen presteren. "En ten slotte is er natuurlijk het onverwachte: als nieuwe technologieën op brede schaal beschikbaar worden, vindt de industrie onvermijdelijk nieuwe manieren om die technologie in te zetten", aldus Schreck.

 

 

Gerelateerd nieuws

Battery 2030+ coördineert EU zoektocht naar batterij van de toekomst

Battery 2030+ coördineert EU zoektocht naar batterij van de toekomst

Batterij-wizzard Kristina Edström van de Uppsala universiteit in Zweden gaat Europa’s zoektocht naar de batterijen van de toekomst stroomlijnen. Deze maand begint haar initiatief Battery 2030+ aan een tien jaar lang…

‘Kippengaas’ verbetert batterij, katalysator, brandstofcel en waterstofproductie

‘Kippengaas’ verbetert batterij, katalysator, brandstofcel en waterstofproductie

Efficiëntere batterijen, betere katalysatoren, brandstofcellen of waterstofproductie. Dat denken imec en de KU Leuven binnen bereik te hebben gebracht met nieuw, extreem regelmatig 3D metaalrooster op nanometerschaal.…

Nooit meer last van herrie

Nooit meer last van herrie (video)

De dag lijkt aanstaande dat werknemers in lawaaiige omgevingen zonder oorkappen hun werk kunnen doen. In Boston is namelijk een metamateriaal ontwikkeld dat geluid voor 94% dempt.

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
Pilz configureerbare besturingssystemen volop in ontwikkeling

De configureerbare besturingssystemen PNOZmulti 2 van Pilz hebben veel functies en zijn flexibel inzetbaar. U kunt de...

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Tosec
Tosec

Specialist in plaatbewerking

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

23 november 2018, Groningen

BEYOND THE LAB: the DIY Science Revolution

Dit project laat zien dat mensen mee kunnen doen aan wetenschap en samen de verantwoordelijkheid delen...

18 maart 2019, Hilversum

Conferentie Nederland Digitaal

Wetenschap, bedrijfsleven, maatschappelijke organisaties en overheid zijn uitgenodigd voor de eerste...

18 maart 2019, Eindhoven

Time series analysis and forecasting

Bij het analyseren van time series zoek je naar structuren en patronen om het onderliggende proces te...

Meer agendapunten »