DRAAGBARE OPTISCHE ATOOMKLOKKEN MET FOTONISCHE PRECISIE

Klokken zijn overal om ons heen. Niet alleen om onze pols of op onze telefoons, maar je hebt ze ook nodig om de tijd af te lezen om snelheid of afstand te meten. Atoomklokken bieden de nauwkeurigheid en stabiliteit die daarvoor nodig zijn. De huidige atoomklokken zijn echter zo groot als een koelkast of vullen zelfs een hele ruimte. Onderzoekers van de NLNP-groep (Nonlinear Nanophotonics) van de Universiteit Twente vroegen zich af of ze een kleine optische atoomklok konden maken op basis van geïntegreerde fotonica. Akhileshwar Mishra ging de uitdaging aan, samen met medeoprichters Edwin de Steenhuijsen-Piters, David Marpaung en Lennart de Vreede. Het resultaat: UT-spin-off Temporal Photonics.

Als je in Twente woont, ken je waarschijnlijk het ‘Twents kwartiertje’: de 15 minuten die je te laat mag komen. Maar voor het team van Temporal Photonics is tijd van essentieel belang. Waarom moeten we de tijd dan zo nauwkeurig kunnen meten als met atoomklokken? Akhileshwar: “Zonder atoomklokken zou onze moderne wereld er niet hetzelfde uitzien. Het is geen alledaags gegeven dat je zomaar voor lief kunt nemen. Dat de klok op je mobiel automatisch wordt bijgewerkt op basis van je tijdzone, is alleen mogelijk omdat je locatie wordt bepaald met GPS en de juiste tijd wordt doorgegeven via het signaal van de dichtstbijzijnde zendmast. En de tijd die wordt weergegeven, komt van een atoomklok. Een atoomklok meet niet alleen de tijd; hij meet ook afstand, snelheid en synchroniseert alle systemen. Hij zorgt ervoor dat alles in de wereld op tijd loopt.”

Veerkrachtig netwerk

Hoewel atoomklokken essentieel zijn voor ons dagelijks leven, zijn ze momenteel groot en log. Die klokken worden via GPS-satellieten de ruimte in gestuurd, waardoor we kleinere ontvangers in vliegtuigen of drones kunnen gebruiken. Veel systemen zijn afhankelijk van GPS, terwijl de signalen zwak zijn en gemakkelijk verstoord kunnen worden. Wat als we een optische atoomklok ter grootte van een broodtrommel zouden kunnen hebben, die we overal mee naartoe kunnen nemen? "We zouden kleinere satellieten de ruimte in kunnen schieten, waardoor er minder ruimteafval ontstaat," legt Edwin uit. "Verkenning van de diepe ruimte zou daardoor ook gemakkelijker worden, omdat je daarvoor ook een nauwkeurige tijdmeting nodig hebt."
Het team wil hun klokken echter ook dichter bij huis inzetten. Edwin: "Omdat hij kleiner is, is hij ook energiezuiniger. Als je hem in een voertuig inbouwt, heb je geen extra stroombron nodig. En met een kleine batterij zouden soldaten hem in hun rugzak kunnen stoppen en er wekenlang mee door afgelegen of vijandige gebieden kunnen reizen voordat de batterij leeg is. Al deze klokken samen kunnen een mesh-netwerk vormen waarin ze elkaar in de gaten houden. Daardoor hoef je niet meer op GPS te vertrouwen, wat netwerken extreem robuust maakt."

Een andere aanpak

De reden waarom Temporal Photonics de grootte van atoomklokken drastisch kan verkleinen, is te danken aan een andere aanpak. "Atoomklokken worden gemaakt door mensen die gespecialiseerd zijn in atoom- en moleculaire fysica," schetst Akhileshwar. "De NLNP-groep van de UT is wereldleider op het gebied van geïntegreerde optica. Dus in plaats van de atoomklokken te optimaliseren door ons te richten op atoom- en moleculaire fysica, benaderen we het vanuit het perspectief van geïntegreerde optica door de subcomponenten te optimaliseren." Edwin: "Atoomklokken op chipformaat bestaan ​​al een tijdje, maar hoe kleiner ze worden, hoe minder nauwkeurig ze zijn. De onze zal net zo stabiel zijn als de hydrogen maser klok, die momenteel de gouden standaard is voor frequentiestabiliteit op korte termijn. Het grote verschil is dat de onze niet zo groot zal zijn als een koelkast."

Een positieve instelling

Het bereiken van dit punt ging niet zonder uitdagingen. Begin 2025 dienden David en Akhileshwar een voorstel in voor de ontwikkeling van een optische atoomklok voor een wedstrijd. Het antwoord was dat het voorstel er goed uitzag, maar dat het team geen ervaring had met het bouwen van dergelijke klokken. Akhileshwar: "Voor ons was dat de vonk die we nodig hadden om hen te bewijzen dat we het wél konden bouwen. Het team zag de potentie en vroeg Lennart en Edwin om zich bij het team te voegen om de commerciële en organisatorische kant te versterken." Met de steun van Novel-T richtten ze in februari 2026 hun spin-off op.

Duurzame impact

Tijd om aan hun droom te werken. Edwin: "Als alles goed gaat, hebben we eind 2027 een MVP (Minimum Viable Product). Natuurlijk hangt alles af van de financiering, maar uiteindelijk zouden we onze chips bij New Origin kunnen bestellen en klokken kunnen produceren, want het doel is om in elke auto een Temporal-klok te hebben." Akhileshwar voegt eraan toe: "Zodra we dat voor elkaar hebben, kunnen we een duurzame impact creëren voor een veerkrachtige toekomst."