Oprócz badań i rozwoju nad wysoce precyzyjnymi zegarami atomowymi, coraz ważniejszą rolę dla nauki i praktyki odgrywa budowa niedrogich, małych, lekkich i energooszczędnych zegarów atomowych.
Zegary te są opracowywane na przykład do użytku w satelitach systemów nawigacji satelitarnej, takich jak GPS, GLONASS lub Galileo i mają na celu zwiększenie dokładności pozycjonowania.
Małe zegary atomowe są nowatorskim rozwiązaniem, które łączy precyzję zegarów atomowych z kompaktowymi rozmiarami, niskim poborem energii i przystępną ceną, co sprawia, że stanowią rewolucyjny krok naprzód w technologii pomiaru czasu. Ich projektowanie i rozwój są napędzane potrzebą wykorzystania ich w urządzeniach, które wymagają synchronizacji na poziomie atomowym, ale nie mają możliwości zainstalowania dużych, stacjonarnych zegarów atomowych.
Główne zastosowania małych zegarów atomowych można znaleźć w systemach nawigacji satelitarnej, takich jak GPS (Global Positioning System), GLONASS czy europejski Galileo. W tych systemach małe zegary atomowe odgrywają kluczową rolę, umożliwiając precyzyjne określanie pozycji użytkowników. Zastosowanie małych, lekkich i energooszczędnych zegarów atomowych pozwala na miniaturyzację satelitów i zwiększa ich efektywność energetyczną, co jest szczególnie istotne dla długoterminowych misji kosmicznych. Dzięki ich precyzyjnemu odmierzaniu czasu, sygnały wysyłane z satelitów mogą być dokładniej analizowane przez odbiorniki na Ziemi, co przekłada się na znacznie większą precyzję pozycjonowania, osiągając poziom dokładności nawet w trudnych warunkach.
Przełomowym osiągnięciem w tej dziedzinie było opracowanie w 2003 roku rubidowego zegara atomowego, który nie tylko zapewniał wysoką dokładność, ale również cechował się niskim zużyciem energii. Nowy zegar mógł pracować przy zużyciu energii zaledwie jednego wata i miał objętość zaledwie 40 cm³, co czyniło go idealnym rozwiązaniem dla zastosowań mobilnych i kosmicznych. Pomimo swojego kompaktowego rozmiaru, rubidowy zegar atomowy osiąga odchylenie standardowe na poziomie 3×10¯¹², co oznacza opóźnienie zaledwie jednej sekundy na 10 000 lat. Jest to wynik imponujący, choć nieco mniej precyzyjny niż w przypadku większych, stacjonarnych zegarów atomowych. Niemniej jednak, biorąc pod uwagę jego zalety pod względem rozmiaru i efektywności energetycznej, jest to osiągnięcie, które pozwala na stosowanie zegarów atomowych tam, gdzie wcześniej było to niemożliwe.
Małe zegary atomowe są także rozwijane pod kątem ich integracji z naziemnymi systemami telekomunikacyjnymi oraz technologią IoT (Internet Rzeczy). Dzięki nim możliwa jest synchronizacja urządzeń z precyzją atomową, co jest kluczowe dla zadań wymagających ścisłej współpracy między urządzeniami. Zegary te odgrywają rolę nie tylko w satelitach, ale także w wielu urządzeniach mobilnych, które potrzebują precyzyjnej synchronizacji, np. w inteligentnych sieciach energetycznych, wojskowych systemach komunikacji, a nawet w autonomicznych pojazdach.
Przyszłość małych zegarów atomowych to ich dalsza miniaturyzacja oraz prace nad zmniejszeniem kosztów produkcji, co otworzy drogę do jeszcze szerszych zastosowań w różnych dziedzinach życia i gospodarki. Dzięki ich rozwojowi możemy się spodziewać jeszcze dokładniejszych systemów nawigacyjnych, szybszej komunikacji na całym świecie oraz nowych możliwości w technologiach czasu rzeczywistego, które opierają się na precyzyjnej synchronizacji czasu.
