計測学：将来の対地同期リンク向けの量子限界での光による時刻転送

光による時刻転送と光時計の組み合わせは、地上に置かれた光時計と今後宇宙空間に設置される光時計の両方を接続する、大規模な自由空間ネットワークの可能性を開く。そうしたネットワークによって、一般相対性理論の検証、暗黒物質の探索、重力波検出が改善されると期待される。光時計と遠方の人工衛星を接続することができれば、宇宙空間に設置される超長基線干渉計、先進的な衛星航法、原子時計や光時計を用いた測地学、大陸間時刻供給の1000倍の向上が可能になる。これまでのところ、量子限界の性能に近づいているのは光時計だけである。対照的に、光による時刻転送は、受信される光子の数によって決まる類似した量子限界で動作したことはない。今回我々は、従来の手法の1万分の1の受信出力での、ほぼ量子限界での捕捉とタイミングを伴う時刻転送を実証する。米国ハワイ州の山頂間300 kmにわたり、40 μWという低出力の送信で、遠方の2地点が320アト秒まで同期された。この量子限界に近い動作は、光子数が少なく増幅にコストがかかる長距離の自由空間リンクに不可欠であり、この手法は、4.0 mWの送信出力では102 dBのリンク損失を維持できるので、対地同期軌道への将来の時刻転送には十分過ぎるほどである。

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