Recientemente, la Academia de Innovación para la Ciencia y Tecnología de Medición de Precisión de la Academia China de Ciencias anunció su último logro: mejorar la estabilidad de frecuencia a corto plazo del reloj atómico de rubidio hasta el orden de E-14 (una parte por cuatrillón), batiendo una vez más el récord mundial de estabilidad de frecuencia para relojes de rubidio. Si se resuelven con éxito los problemas de estabilidad a largo plazo, el reloj de rubidio, el corazón de los satélites de navegación global (incluidos el GPS de Estados Unidos y el sistema Beidou de China), podrá ayudar a los sistemas de navegación a lograr una precisión de posicionamiento que va desde el nivel de metros y decímetros hasta el de centímetros.

La medición precisa del tiempo siempre ha sido un asunto importante para cualquier país desde la antigüedad. Desde los relojes de sol hasta los relojes de arena, pasando por los relojes mecánicos y de cuarzo, los relojes siempre han representado la vanguardia de la ciencia y la tecnología en cada época. En la década de 1930, se introdujo el primer reloj atómico del mundo, que multiplicó por diez mil la precisión de la medición del tiempo. En 1967, en la XIII Conferencia General de Pesos y Medidas, se definieron por primera vez 9.192.631.770 ciclos de la transición del átomo de cesio como un segundo. Desde entonces, el reloj atómico se ha convertido en la herramienta de medición del tiempo precisa más utilizada en el mundo, entre los cuales el reloj de rubidio es la opción preferida. El reloj de rubidio ofrece las ventajas de ser pequeño, ligero, bajo consumo de energía, alta fiabilidad, larga vida útil y bajo coste de fabricación. Se utiliza ampliamente en campos económicos y de defensa nacional como la navegación por satélite, las comunicaciones, la electricidad y las finanzas, y actualmente es el reloj atómico más utilizado y con la mayor cuota de mercado en el mundo.

Se informa que la navegación por satélite depende directamente de la precisión de la hora. Cuanto más sincronizada esté la hora entre el cielo y la tierra, menor será el error y mayor la precisión del posicionamiento. Por lo tanto, todos los sistemas de navegación por satélite del mundo eligen unánimemente el reloj de rubidio como temporizador. La estabilidad del reloj de rubidio afecta directamente la precisión del posicionamiento, la medición de la velocidad y la difusión del tiempo de los satélites de navegación. La calidad y la fiabilidad del reloj de rubidio determinan directamente el éxito o el fracaso de los satélites de navegación, lo que lo convierte en el corazón de la navegación por satélite. El equipo de investigación, comprometido con la investigación de relojes de rubidio en China, ha desarrollado sucesivamente tres generaciones de relojes de rubidio a bordo con derechos de propiedad intelectual completamente independientes, que se han incorporado en lotes a los satélites de navegación Beidou. El reloj de rubidio a bordo de tercera generación que desarrollaron tiene una estabilidad de 7E-13 segundos, estableciendo un récord internacional en aquel momento. El sistema global de navegación por satélite Beidou-3 de nueva generación de China ya se ha lanzado oficialmente. El nuevo tipo de reloj atómico de rubidio adoptado en los satélites Beidou-3 ha logrado una mejora significativa en el rendimiento de las referencias de tiempo y frecuencia de los satélites.

El rendimiento de un reloj atómico depende principalmente de tres aspectos: precisión (incertidumbre), estabilidad y tasa de deriva. Entre ellos, la estabilidad es fundamental, y se divide en indicadores a corto y largo plazo, como la estabilidad en segundos, la estabilidad en centenas de segundo, la estabilidad en diez milésimas de segundo y la estabilidad en días. Mei Ganghua explicó que el reloj de rubidio se inventó en la década de 1960. Tras 20 años de desarrollo, para la década de 1980, su estabilidad alcanzó el orden de E-11 para la estabilidad a corto plazo y E-13 para la estabilidad a largo plazo. En aquel entonces, algunos creían que este era su límite. Sin embargo, en la década de 1990, la investigación sobre una nueva generación de relojes de rubidio rompió las previsiones de la década de 1980 y alcanzó el orden de E-12 para la estabilidad a corto plazo y E-14 para la estabilidad a largo plazo. Desde finales del siglo XX hasta la actualidad, después de más de 20 años de esfuerzos continuos, los relojes de rubidio a bordo del Beidou de China han mejorado continuamente los récords anteriores en un orden de magnitud tras otro.